深入理解智能指针之shared_ptr（一）

本文基于C++标准库源码分析shared_ptr，旨在搞清楚shared_ptr是什么，线程安全性等，目标能够安全的使用智能指针。

（一）shared_ptr是一个类。

首先可以确定的是shared_ptr是一个类，那么就可以通过类的内存空间来从本质上分析它的结构。

通过sizeof()一个shared_ptr可以观察到它的大小为8个字节，然后追踪源代码发现它继承一个__shared_ptr类，这个类包含了两个组件：一个指针和一个类。

_M_ptr很好理解，就是一个指向你所保护的对象的指针（4字节）。

那么重点观察__shared_count<_Lp>是个什么东西。我们继续追踪源代码，可以看到__shared_count包含一个_Sp_counted_base类型的指针（4字节）

而这个_Sp_coutned_base类又有什么呢？ 两个int类型的记数变量。

一个记录引用计数，一个记录weak_ptr的数量。现在通过层层剖析，我们可以画出shared_ptr的内存空间，如图所示：

而shared_ptr的构造函数也就是主要构造这两个东西，我们把重点放在计数类的构造上，看看它是如何实现线程安全的引用计数的。

首先_Sp_count_base模板类型_Lp是一个枚举，分别是_S_single、_S_mutex、_S_atomic。分别对应不同的计数方法，我们重点来看原子操作：

非常经典的CAS操作，__count为当前引用数，如果当前引用计数为0则抛出异常。利用do-while实现安全的操作。while里的函数原型为：

bool__atomic_compare_exchange_n (type *ptr, type *expected, type desired,boolweak,intsuccess_memorder,intfailure_memorder);

expected就是旧值，desired就是我们要+1后得到的新值，如注释所说，与旧值对比如果没变化则+1，否则就会返回false不断循环。

本篇主要讲解shared_ptr这个类的本质，简单介绍了它的两个组件，以及计数类是如何用原子操作实现线程安全的计数，下篇我们讲解shared_ptr的线程安全性，探讨多线程下对shared_ptr的读写安全问题。