实现智能指针 - 使用模板进行动态分配

Question

我正在编写一个智能指针 countedptr ，但遇到了障碍。 countedptr 的基本功能是像任何其他智能指针一样工作，并且还统计有多少指针指向单个对象。到目前为止，代码是：

[已解决]

#include "std_lib_facilities.h"

template <class T>
class counted_ptr{
private:
    T* pointer;
    int* count;

public:
    counted_ptr(T* p = 0, int* c = new int(1)) : pointer(p), count(c) {}    // default constructor
    explicit counted_ptr(const counted_ptr& p) : pointer(p.pointer), count(p.count) { ++*count; } // copy constructor
    ~counted_ptr() { --*count; delete pointer; }

    counted_ptr& operator=(const counted_ptr& p)
    {
        pointer = p.pointer;
        count = p.count;
        ++*count;
        return *this;
    }
    T* operator->() const{ return pointer; }
    T& operator*() const { return *pointer; }

    int Get_count() const { return *count; }
};


int main()
{
    counted_ptr<double> one;
    counted_ptr<double>two(one);
    int a = one.Get_count();
    cout << a << endl;
}

当我尝试做类似的事情时

one->pointer = new double(5);

，我收到一个编译器错误，提示“在 '*(&one)->counted_ptr::operator->with 中请求成员'指针'” T = double'，属于非类类型 double”。

我考虑创建一个函数来执行此操作，虽然我可以创建一个函数来分配 T 数组，但我想不出一种方法来创建一个函数来分配实际对象。如有任何帮助，我们将不胜感激，谢谢。

Answer 1

旧的解决方案

另一个赋值运算符怎么样？

counted_ptr& counted_ptr::operator=(T* p)
{
    if (! --*count) { delete count; }
    pointer = p;
    count = new int(1);
    return *this;
}

...

one = new double(5);

此外，您的析构函数总是删除共享指针，这可能是导致 *one 成为随机数的原因。也许您想要类似的东西：

counted_ptr::~counted_ptr() { if (! --*count) { delete pointer; delete count; } }

新解决方案

当您想要重新指向 counted_ptr（例如 one = new double(5)）以更新所有相关的 counted_ptr 时，请将指针和帮助程序类中的计数，并让您的指针类保存指向该帮助程序类的指针（您可能已经沿着这条路径走下去）。您可以采用两种方法来完成此设计：

1. 使帮助程序类成为一个简单的结构（和一个私有内部类）并将所有逻辑放在外部类方法中

2. 使 counted_ptr 成为帮助程序类。 counted_ptr 维护引用计数，但不会自动更新计数；它不是一个智能指针，它只响应 release 和 retain 消息。如果您完全熟悉 Objective-C，这基本上就是它的传统内存管理 (自动释放 放在一边）。当引用计数达到 0 时，counted_ptr 可能会也可能不会删除自身（与 Obj-C 的另一个潜在差异）。 counted_ptr 不应被复制。其目的是，对于任何普通指针，最多应该有一个 counted_ptr。

   创建一个 smart_ptr 类，它有一个指向 counted_ptr 的指针，该指针在应该保存相同 plain 的 smart_ptr 实例之间共享指针。 smart_ptr 负责通过发送其 counted_ptr 释放和保留方法来自动更新计数。

   counted_ptr 可能是也可能不是 shared_ptr 的私有内部类。

这是选项二的界面。由于您将此作为练习，因此我将让您填写方法定义。潜在的实现与已经发布的类似，只是您不需要 counted_ptr 的复制构造函数和复制赋值运算符，counted_ptr::~counted_ptr 不会调用counted_ptr::release （这是 smart_ptr::~smart_ptr 的工作）并且 counted_ptr::release 可能不会释放 counted_ptr:: _pointer（您可以将其留给析构函数）。

// counted_ptr owns its pointer an will free it when appropriate.
template <typename T>
class counted_ptr {
private:
    T *_pointer;
    size_t _count;

    // Make copying illegal
    explicit counted_ptr(const counted_ptr&);
    counted_ptr& operator=(const counted_ptr<T>& p);

public:
    counted_ptr(T* p=0, size_t c=1);
    ~counted_ptr();

    void retain();        // increase reference count.
    bool release();       // decrease reference count. Return true iff count is 0
    void reassign(T *p);  // point to something else.
    size_t count() const;

    counted_ptr& operator=(T* p);

    T& operator*() const;
    T* operator->() const;
};

template <typename T>
class smart_ptr {
private:
    counted_ptr<T> *_shared;
    void release();  // release the shared pointer
    void retain();   // retain the shared pointer

public:
    smart_ptr(T* p=0, int c=1);   // make a smart_ptr that points to p
    explicit smart_ptr(counted_ptr<T>& p); // make a smart_ptr that shares p
    explicit smart_ptr(smart_ptr& p); // copy constructor
    ~smart_ptr();

    // note: a smart_ptr's brethren are the smart_ptrs that share a counted_ptr.
    smart_ptr& operator=(smart_ptr& p); /* Join p's brethren. Doesn't alter pre-call
        * brethren. p is non-const because this->_shared can't be const. */
    smart_ptr& operator=(counted_ptr<T>& p);  /* Share p. Doesn't alter brethren. 
        * p is non-const because *this isn't const. */
    smart_ptr& operator=(T* p); // repoint this pointer. Alters brethren

    size_t count() const; // reference count

    T& operator*() const;  // delegate these to _shared
    T* operator->() const;

};

希望以上唯一含糊之处是有意为之的。

Answer 2

（抱歉，这里是新手，无法发表评论）。 Adatapost 添加的“one=new double(5);”应该可以工作。不过，还需要进行另一项更改：引用计数需要一点帮助。

...
~counted_ptr() {
    --*count; 
    // deallocate objects whose last reference is gone.
    if (!*count) 
    {   
        delete pointer;
        delete count;
    }
}

counted_ptr& operator=(const counted_ptr& p)
{
    // be careful to accommodate self assignment
    ++*p.count;

    // may lose a reference here
    --*count;
    if (!*count)
    {
        delete pointer;
        delete count;
    }

    count=p.count;
    pointer=p.pointer;
    return *this;
}

当然，这里有一些代码重复。将该代码重构为自己的函数可能是有意义的，例如

private:
    /** remove our reference */
    void release()
    {
        --*count;
        if (!*count)
        {
            delete pointer;
            delete count;
        }
    }

Answer 3

也许您的意思是“one.pointer=new double(5);”？写入“one->pointer=new double(5);”会调用 counted_ptr::operator->。也就是说，它大约相当于：

double *tmp = one.operator->(); // returns one.pointer
tmp->pointer = new double(5);

但双指针不是结构，因此它没有 pointer 成员。

Answer 4

由于眼前的问题已经解决，我想提供一些更长期的东西：

当您继续开发此代码时，您肯定会希望将其提供给经验丰富的程序员进行全面审查，无论是在这里还是其他地方。当您发布代码时，您的代码存在一些明显的问题，尽管 outis 已帮助纠正这些问题。但是，即使您的代码全部编译完毕并且似乎可以在您自己的测试中工作，也可能存在您尚未学会考虑的测试和情况。智能指针很容易出现微妙的问题，只有在非常特定的情况下才会出现。因此，您会希望其他人检查您的代码以查找您可能错过的任何内容。

请不要将此视为对您当前代码的任何形式的侮辱。我只是提供这个友好的建议，以确保您从这个项目中学到最多的东西。

Answer 5

除非您不是出于学术原因这样做，否则您可能需要考虑使用 use_count() boost::shared_ptr 的成员。它并不完全有效，但它确实有效，并且您最好使用经过充分测试、成熟且线程安全的东西。如果您这样做是出于学习目的，请务必查看 更有效的 C++。

Answer 6

在覆盖之前，您需要递减计数并可能删除指向运算符 = 中旧值的指针。在有“删除指针”的地方还需要“删除计数”以避免内存泄漏