【M28】智能指针

1、什么是智能指针？

　　所谓智能指针就是，看起来，用起来，感觉起来都像原始指针，但是提供了更多功能。

2、使用智能指针取代原始指针，可以获得更多的控制权。如下：

　　a、在构造和析构的时候，可以做一些事。

　　b、在复制和赋值的时候，可以做一些事。

　　c、在解引用的时候，可以做一些事。

3、智能指针可以对不同类型的指针进行封装，因此智能指针是一个模板类。

4、智能指针对原始指针封装，内含一个原始指针，为了用起来像指针，重载->和*，->返回原始指针，*返回对象的引用，两个重载操作符都不改变智能指针，因此是const成员方法。

5、考虑auto_ptr，拥有权转移，auto_ptr的copy构造会修改rhs，因此rhs不是const T&，而是T&。C++默认是传值，导致拥有权转移，如果期望拥有权不转移，使用传引用。

6、解引用操作符*，必须返回引用，不能返回对象。因为解引用操作符，可能返回T的子类。如果返回对象，首先导致对象复制，其次可能照成对象切割，失去多态功能。

7、判断智能指针是否为NULL。对于原始指针，使用if(pa == null)，但是对于智能指针，不能这样使用，因为智能指针是个对象。怎么解决这个问题呢？

　　a、增加isNull方法，缺点是与原始指针的用法不一致。
　　b、为了与原始指针的用法一致，增加隐式类型转换操作符，operator void*()。但是这会导致一个问题，任意两个智能指针，都能进行比较，因为他们都可以隐式转化为void*，这不是我们所期望的。

8、智能指针如何暴露出原始指针？

　　使用&*pa，合法，先取引用，再取地址。但是这种写法太难看了。增加隐式类型转换操作符operator T*()，这会引入一个问题，不是我们期望的转换，编译器也会偷偷进行。使用get方法，返回原始指针，避免编译器偷偷地进行转换。
注意：暴露原始指针是危险的，因为暴露出去的原始指针，不再受控。比如：智能指针把资源delete了，外面的原始指针就是野指针了。或者外面的指针执行了delete，智能指针管理的指针指向垃圾。

9、考虑继承，C++是强制类型的。Smart_Ptr<Base>与Smart_Ptr<Derived>是两个完全不同的类，之间没有任何关系，更谈不上继承。那么问题来了，对于原始指针可以指向子类对象，而智能指针不行。如下：
　　Base* b = new Derived(); // OK
　　Smart_Ptr<Base> b = Smart_Ptr<Derived>(new Derived); //Error
　　编译失败，这不合理，怎么解决这个问题呢？

10、首先想到的是，隐式类型转换。这显然不合理，对原始指针类型的所有转换都要考虑。

11、有没有更好的解决办法呢？

使用C++语言的新特性，成员方法模版。隐式类型转换操作符声明为成员方法模版，如下：
template <typename NewType>
operator Smart_Ptr<NewType>()
{
　　return Smart_Ptr<NewType>(this->ptr);
}
考虑Smart_Ptr<Base> b = Smart_Ptr<Derived>(new Derived)的执行过程：
　　a、编译器首先看看Smart_Ptr<Base>有没有一个构造方法，该构造方法只需要一个形参，形参类型为Smart_Ptr<Derived>，没有找到；
　　b、编译器看看Smart_Ptr<Derived>有没有隐式类型转换操作符，将Smart_Ptr<Derived>转换为Smart_Ptr<Base>，没有找到；
　　c、编译器尝试将成员方法模版实例化出来一个合适的方法，也就是一个隐式类型转换操作符，使得隐式类型转换成功。
将NewType实例化为模版实参Base，在return语句的构造方法中，使用原始指针Derived，初始化Base指针，构造出Smart_Ptr<Base>，当然可以。
　　注意，这里还放大了权限，只要NewType指针可以转换为T指针，那么Smart_Ptr<NewType>对象就可以赋值给Smart_Ptr<T>对象。
　　成员方法模版，还有两个问题。首先，考虑fun(Base&),fun(Derived&)，对于Derived derived1, fun(derived1)的调用，fun(Derived&)的匹配程度更高。但是，对于成员方法模版，都可实例出一个方法，使得调用成功，并且匹配程度是一样的，这就导致不确定的调用，编译错误。其次，成员方法模版移植性不高，有些编译器不支持。

12、智能指针与const
　　C++设计理念是，最小特权原则。让别人做一件事，尽量限制他的权利。一个典型的例子就是，C++在传递引用过程中，可以缩小权力，但不能放大权利。
　　原始指针与const有两种关系：a、指向const对象的指针，不能修改指向的对象；b、指针常量，不能修改指向。因此，对于智能指针，我们也希望有这种弹性。但是，对于智能指针只有一个地方可以const，修饰智能指针对象，也就相当于修饰指针。那怎么样修饰指向的对象呢？使用Smart_Ptr<const T>。那么问题来了，Smart_Ptr<T> 与Smart_Ptr<const T>是两个完全不同的类型，当然不能赋值。该怎么办呢？不要再想着隐式类型转换了，因为隐式类型转换会导致非预期的转换。考虑里氏代换，子类能力更大。从const T 到T，是能力变大的过程，因此可以考虑Smart_Ptr<T>: Smart_Ptr<const T>