C++ 简单实现shared_ptr

共享指针

管理指针的存储，提供有限的垃圾回收工具，并可能与其他对象共享该管理。

shared_ptr类型的对象都能够获得指针的所有权并共享该所有权：一旦它们获得所有权，当最后一个所有者释放该所有权时，指针的所有者组就负责删除该所有者。

shared_ptr对象在自身被销毁后，或者一旦其值因赋值操作或显式调用 shared_ptr::reset 而发生更改，就会释放其共同拥有的对象的所有权。一旦通过指针共享所有权的所有shared_ptr对象都释放了此所有权，则将删除托管对象（通常通过调用 ::delete，但在构造时可能会指定不同的删除程序）。

shared_ptr对象只能通过复制其值来共享所有权：如果从同一个（非shared_ptr）指针构造（或创建）两个shared_ptr，则它们都将拥有该指针而不共享它，当其中一个对象释放它（删除其托管对象）并使另一个指向无效位置时，会导致潜在的访问问题。

此外，shared_ptr对象可以通过指针共享所有权，同时指向另一个对象。此功能称为别名，通常用于指向成员对象，同时拥有它们所属的对象。因此，shared_ptr可能与两个指针相关：

• 存储的指针，它是它所指向的指针，也是它使用运算符* 取消引用的指针。
• 拥有的指针（可能是共享的），这是所有权组负责在某个时刻删除的指针，并且它被视为一种用途。

通常，存储的指针和拥有的指针引用同一对象，但别名shared_ptr对象（使用别名构造函数及其副本构造的对象）可能引用不同的对象。

不拥有任何指针的shared_ptr称为空shared_ptr。不指向任何对象的shared_ptr称为 null shared_ptr，不应取消引用。请注意，空shared_ptr不一定是 null shared_ptr，null shared_ptr不一定是空shared_ptr。

shared_ptr对象通过运算符 * 和 -> 提供对它们所指向的对象的访问，从而复制有限的指针功能。出于安全原因，它们不支持指针算术。

相关类weak_ptr能够与shared_ptr对象共享指针，而无需拥有它们。

成员函数

	（构造函数）构造shared_ptr（公共成员函数）
	（析构函数）销毁shared_ptr（公共成员函数）
	operator=	shared_ptr赋值（公共成员函数）
	swap	交换内容（公共成员函数）
	reset	重置指针（公共成员函数）
	get	获取指针（公共成员函数）
	operator*	取消引用对象（公共成员函数）
	operator->	取消引用对象成员（公共成员函数）
	operator[]  (C++17)提供到被存储数组的带下标访问(公开成员函数)
	use_count	返回计数（公共成员函数）
	unique(C++20前)	检查是否唯一（公共成员函数）
	operator bool	检查是否不为空（公共成员函数）
	owner_before	基于所有者的共享指针排序（公共成员函数模板）

非成员函数
	swap	交换shared_ptr对象的内容（函数模板）
	relational operators	关系运算符 ==， ！=， <， <=， >， >= （函数模板 ）
	ostream operator<<	将存储的指针的值输出到输出流（函数模板）

具体功能：
	make_shared，make_shared_for_overwrite(C++20)	创建管理一个新对象的共享指针（函数模板）
	allocate_shared，allocate_shared_for_overwrite(C++20)	创建管理一个用分配器分配的新对象的共享指针（函数模板）
	static_pointer_cast，dynamic_pointer_cast，const_pointer_cast，reinterpret_pointer_cast    (C++17)应用 static_cast、dynamic_cast、const_cast 或 reinterpret_cast 到被存储指针(函数模板)
	get_deleter	返回指定类型中的删除器，若其拥有（函数模板）

cpp

#include <utility>
#include <cstddef>

class ref_count
{
public:
    int use_count() const noexcept { return count_; }
    void inc_ref() noexcept { ++count_; }
    int dec_ref() noexcept { return --count_; }

private:
    int count_{1};
};

template <typename T>
class Shared_ptr
{
public:
    constexpr Shared_ptr() noexcept = default;
    constexpr Shared_ptr(nullptr_t) noexcept : Shared_ptr() {}
    explicit Shared_ptr(T *ptr) : ptr_{ptr}
    {
        if (ptr_ != nullptr)
        {
            rep_ = new ref_count{};
        }
    }
    Shared_ptr(const Shared_ptr &rhs) noexcept : ptr_{rhs.ptr_}, rep_{rhs.rep_}
    {
        if (ptr_ != nullptr)
        {
            rep_->inc_ref();
        }
    }
    Shared_ptr(Shared_ptr &&rhs) noexcept : ptr_{rhs.ptr_}, rep_{rhs.rep_}
    {
        rhs.ptr_ = nullptr;
        rhs.rep_ = nullptr;
    }
    ~Shared_ptr() noexcept
    {
        if (rep_ != nullptr && rep_->dec_ref() == 0)
        {
            delete ptr_;
            delete rep_;
        }
    }

    Shared_ptr &operator=(const Shared_ptr &rhs)
    {
        Shared_ptr{rhs}.swap(*this);
        return *this;
    }
    Shared_ptr &operator=(Shared_ptr &&rhs)
    {
        Shared_ptr{std::move(rhs)}.swap(*this);
        return *this;
    }
    void reset() noexcept
    {
        Shared_ptr{}.swap(*this);
    }
    void reset(nullptr_t) noexcept
    {
        reset();
    }
    void reset(T *ptr)
    {
        Shared_ptr{ptr}.swap(*this);
    }

    void swap(Shared_ptr &rhs) noexcept
    {
        std::swap(ptr_, rhs.ptr_);
        std::swap(rep_, rhs.rep_);
    }
    T *get() const noexcept
    {
        return ptr_;
    }

    long use_count() const noexcept
    {
        return rep_ == nullptr ? 0 : rep_->use_count();
    }
    bool unique() const noexcept
    {
        return rep_->use_count() == 1;
    }

    T &operator*() const noexcept
    {
        return *ptr_;
    }
    T &operator->() const noexcept
    {
        return ptr_;
    }

    explicit operator bool() const noexcept
    {
        return static_cast<bool>(ptr_);
    }

private:
    T *ptr_{nullptr};
    ref_count *rep_{nullptr};
};

template <typename T, typename... Args>
auto make_Shared(Args &&...args)
{
    return Shared_ptr<T>{new T(std::forward(args)...)};
}