C++ 智能指針深入解析

以下是對C++中智能指針的使用進行了詳細的分析介紹，需要的朋友可以參考下  

1. 為什麼需要智能指針？
簡單的說，智能指針是為了實現類似於Java中的垃圾回收機制。Java的 垃圾回收機制使程序員從繁雜的內存管理任務中徹底的解脫出來，在申請使用一塊內存區域之後，無需去關注應該何時何地釋放內存，Java將會自動幫助回收。 但是出於效率和其他原因（可能C++設計者不屑於這種傻瓜氏的編程方式），C++本身並沒有這樣的功能，其繁雜且易出錯的內存管理也一直為廣大程序員所诟 病。

更進一步地說，智能指針的出現是為了滿足管理類中指針成員的需要。包含指針成員的類需要特別注意復制控制和賦值操作，原因是復制指針時只復制指針中的地址，而不會復制指針指向的對象。當類的實例在析構的時候，可能會導致垂懸指針問題。

管理類中指針成員的方法一般有兩種方式：一種是采用值型類，這種類是給指針成員提供值語義（value semantics），當復制該值型對象時，會得到一個不同的新副本。這種方式典型的應用是string類。另外一種方式就是智能指針，實現這種方式的指針所指向的對象是共享的。

2. 智能指針的實現概述
智能指針(smart pointer)的一種通用實現技術是使用引用計數(reference count)。智能指針類將一個計數器與類指向的對象相關聯，引用計數跟蹤該類有多少個對象共享同一指針。
每 次創建類的新對象時，初始化指針並將引用計數置為1；當對象作為另一對象的副本而創建時，拷貝構造函數拷貝指針並增加與之相應的引用計數；對一個對象進行 賦值時，賦值操作符減少左操作數所指對象的引用計數（如果引用計數為減至0，則刪除對象），並增加右操作數所指對象的引用計數；調用析構函數時，構造函數 減少引用計數（如果引用計數減至0，則刪除基礎對象）。
實現智能指針有兩種經典策略：一是引入輔助類，二是使用句柄類。

3. 實現方式1：引入輔助類
這種方式定義一個單獨的具體類（RefPtr）來封裝指針和相應的引用計數。

復制代碼 代碼如下:
class Point                                       //基礎對象類
{
public:
     Point(int xVal = 0, int yVal = 0):x(xVal),y(yVal) { }
     int getX() const { return x; }
     int getY() const { return y; }
     void setX(int xVal) { x = xVal; }
     void setY(int yVal) { y = yVal; }

private:
     int x,y;
};
class RefPtr                                  //輔助類
{    //該類成員訪問權限全部為private，因為不想讓用戶直接使用該類
     friend class SmartPtr;                                  //定義智能指針類為友元，因為智能指針類需要直接操縱輔助類
     RefPtr(Point *ptr):p(ptr), count(1) { }
     ~RefPtr() { delete p; }
     int count;                                                     //引用計數
     Point *p;                                                      //基礎對象指針
};
class SmartPtr                                             //智能指針類
{
public:
     SmartPtr(Point *ptr):rp(new RefPtr(ptr)) { }                                 //構造函數
     SmartPtr(const SmartPtr &sp):rp(sp.rp) { ++rp->count; }            //復制構造函數
     SmartPtr& operator=(const SmartPtr& rhs) {                              //重載賦值操作符
     ++rhs.rp->count;                                                                        //首先將右操作數引用計數加1，
     if(--rp->count == 0)                                                                     //然後將引用計數減1，可以應對自賦值
        delete rp;
     rp = rhs.rp;
     return *this;
     }
    ~SmartPtr() {                                            //析構函數
    if(--rp->count == 0)                                  //當引用計數減為0時，刪除輔助類對象指針，從而刪除基礎對象
         delete rp;
 }
private:
     RefPtr *rp;                                                //輔助類對象指針
};
int main()
{
     Point *p1 = new Point(10, 8);
     SmartPtr sp1(p1);
     SmartPtr sp2(sp1);
     Point *p2 = new Point(5, 5);
     SmartPtr sp3(p2);
     sp3 = sp1;
     return 0;
}

使用該方式的內存結構圖如下：

4. 實現方式2：使用句柄類
為 了避免上面方案中每個使用指針的類自己去控制引用計數，可以用一個類把指針封裝起來。封裝好後，這