智能指针之 shared_ptr

　　 std::shared_ptr 是通过指针保持对象共享所有权的智能指针。多个 shared_ptr 对象可占有同一对象大概实现了一下，主要实现原理为，共享指针内部持有堆资源的指针以及引用计数的指针，通过对这两个指针的维护，达到多个共享对象对同一资源的控制

　　实现主要分为三个文件。share_ptr.h，smart_ptr_define.h, main.cpp  （编译平台：Linux centos 7.0　编译器：gcc 4.8.5 )

  //smart_ptr_define.h
  #ifndef __SMART_PTR_DEFINE_H__
  #define __SMART_PTR_DEFINE_H__
 
  #include <assert.h>
 
  #define PTR_ASSERT(x) assert(x)
 
  #define _SMART_PTR_BEGIN    namespace smartptr {
 #define _SMART_PTR_END        }
 #define _SMART_PTR    ::smartptr::
 
 #endif

　　主要实现文件share_ptr.h

 #ifndef __SHARE_PTR_H__
 #define __SHARE_PTR_H__
 
 #include <iostream>
 #include "smart_ptr_define.h"
 
 _SMART_PTR_BEGIN
 
 template <class T>
 struct default_deleter
 {
     void operator()(T* ptr)
     {
         if (ptr != NULL)
         {
             delete ptr;
             ptr = NULL;
         }
     }
 };
 
 template <class T, class deleter = default_deleter<T> >
 class shared_ptr
 {
 public:
     typedef shared_ptr<T, deleter> SHARE_PTR;
 
     shared_ptr()
     {
         m_ptr = NULL;
         m_iRefCount = NULL;
     }
 
     explicit shared_ptr(T* ptr)
     {
         if (ptr != NULL)
         {
             m_ptr = ptr;
             RefCountInit();
         }
     }
 
     shared_ptr(deleter d, T* ptr)
     {
         if (ptr != NULL)
         {
             m_ptr = ptr;
             m_deleter = d;
             RefCountInit();
         }
     }
 
     //拷贝构造
     shared_ptr(const SHARE_PTR& sh_ptr)
     {
         if (sh_ptr.m_ptr != NULL)
         {
             m_ptr = sh_ptr.m_ptr;
             m_deleter = sh_ptr.m_deleter;
             m_iRefCount = sh_ptr.m_iRefCount;
 
             RefCountIncrease();
         }
     }
 
     //赋值运算符
     SHARE_PTR& operator = (const SHARE_PTR& sh_ptr)
     {
         if (this != &sh_ptr)
         {
             RefCountDecrease();
 
             if (sh_ptr.m_ptr != NULL)
             {
                 m_ptr = sh_ptr.m_ptr;
                 m_deleter = sh_ptr.m_deleter;
                 m_iRefCount = sh_ptr.m_iRefCount;
 
                 RefCountIncrease();
             }
         }
 
         return (*this);
     }
 
     ~shared_ptr()
     {
         RefCountDecrease();
     }
 
 public:
     //提领操作
     T& operator*()
     {
         PTR_ASSERT(m_ptr != NULL);
         return *(m_ptr);
     }
 
     //原始指针操作
     T* operator->()
     {
         PTR_ASSERT(m_ptr != NULL);
         return m_ptr;
     }
 
     operator bool() const
     {
         return m_ptr != NULL;
     }
 
     //取得原始指针
     T* getPointer()
     {
         PTR_ASSERT(m_ptr != NULL);
         return m_ptr;
     }
 
     //获得引用计数
     int getRefCount()
     {
         PTR_ASSERT(m_iRefCount != NULL);
         return *m_iRefCount;
     }
 
 private:
     void RefCountInit()
     {
         m_iRefCount = new int();
     }
 
     void RefCountIncrease()
     {
         if (m_iRefCount != NULL)
         {
             ++(*m_iRefCount);
         }
     }
 
     void RefCountDecrease()
     {
         if (m_iRefCount != NULL && --(*m_iRefCount) == )
         {
             m_deleter(m_ptr);
             delete m_iRefCount;
             m_ptr = NULL;
             m_iRefCount = NULL;
         }
     }
 
 private:
     int* m_iRefCount; //引用计数
 
     T*  m_ptr; //对象指针
 
     deleter m_deleter; //删除器
 };
 
 _SMART_PTR_END
 #endif // !__SHARE_PTR_H__

　　main函数测试

 #include "share_ptr.h"
 #include <memory>
 
 class Test
 {
 public:
     Test()
     {
         std::cout << "construct.." << std::endl;
     }
 
     void method()
     {
         std::cout << "welcome Test.." << std::endl;
     }
 
     ~Test()
     {
         std::cout << "destruct.." << std::endl;
     }
 };
 
 int main()
 {
     Test* t1 = new Test();
 
     _SMART_PTR shared_ptr<Test> shptr(t1);
 
     _SMART_PTR shared_ptr<Test> shptr1(shptr);
 
     _SMART_PTR shared_ptr<Test> shptr2 = shptr1;
 
     std::cout << "RefCount: " << shptr2.getRefCount() << std::endl;
 
     shptr2->method();
 
     (*shptr2).method();
 
     if (shptr2)
     {
         std::cout << "ptr is exit " << std::endl;
     }
 
     return ;
 }

　　测试最后打印：

 [yejy@yejy cmake-]$ ./smartptr
 construct..
 RefCount:
 welcome Test..
 welcome Test..
 ptr is exit
 destruct..
 [yejy@yejy cmake-]$

　　shared_ptr主要需实现的功能点如下（以下总结引用自网络，非原创）：

1. 没有参数构造的时候，初始化为空，即对象和引用计数的两个指针都为0

2. 使用指针为参数构造时，拥有此指针，在没有智能指针指向它时进行析构

3. 智能指针复制时，两个智能指针共同拥有内部指针，引用计数同时+1

4. 智能指针可以使用智能指针或普通指针重新赋值。重载=操作符，对于智能指针赋值，需要考虑是否自赋值，以避免将自身析构了后再重新赋值，而普通指针赋值给智能指针，则不需要考虑自赋值，因为两者本身是两个类型

5. 获得底层指针的访问，定义getPtrPointer()和getPtrCounter()来分别返回底层指针和引用计数，定义operator bool()来处理智能指针隐式转换为bool的情况

6. 重载->和×操作符 ，来实现与普通指针相同的指针访问

7. 需要支持隐式指针类型转换，static_cast不支持而dynamic_cast支持的转换则使用Cast<T2>()成员函数来解决。考虑定义友元类，以防止指向派生类的智能指针有权限访问基类的内部对象；当转型不成功时，返回为空 （未实现）

8. 如果一个裸指针直接用来创建两个智能指针的话，期望的情况是当两个智能指针析构掉的时候，该指针会被delete两次从而崩溃（这是shared_ptr的特点）

9. 不处理循环引用（也是shared_ptr的特点），可以通过与weak_ptr协作来打破循环

10. 实现deleter机制