C++智能指针

【C++】智能指针类和OpenCV的Ptr模板类

2015-03-29 21:18

智能指针类

引用计数

智能指针(smart pointer)的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象的指针指向同一对象。引用计数为0时，删除对象。

其基本使用规则是：

每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1。当对象作为另一对象的副本而创建时，复制构造函数复制指针并增加与之相应的引用计数的值。对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数的值(如果引用计数减至0，则删除对象)，并增加右操作数所指对象的引用计数的值。最后，调用析构函数时，析构函数减少引用计数的值，如果计数减至0，则删除基础对象。

实现引用计数有两种经典策略：一是引入辅助类（包含引用计数型），二是使用句柄类（分离引用计数型）。

策略1：引用计数类

这个类的所有成员均为private。我们不希望用户使用U_Ptr 类，所以它没有任何public 成员。将HasPtr 类设置为友元，使其成员可以访问U_Ptr 的成员。

U_Ptr 类保存指针和使用计数，每个HasPtr 对象将指向一个U_Ptr 对象，使用计数将跟踪指向每个

U_Ptr 对象的HasPtr 对象的数目。U_Ptr 定义的仅有函数是构造函数和析构函数，构造函数复制指针，而析构函数删除它。构造函数还将使用计数置为1，表示一个HasPtr 对象指向这个U_Ptr 对象。

class U_Ptr

{

friend class HasPtr;

int *ip;

int use;

U_Ptr(int *p):ip(p){}

~U_Ptr()

{

delete ip;

}

};

class HasPtr

{

public:

HasPtr(int *p, int i):_ptr(new U_Ptr(p)),_val(i)

{}

HasPtr(const HasPtr& obj):_ptr(obj._ptr),_val(obj._val)

{

++_ptr->use;

}

HasPtr& operator=(const HasPtr&);

~HasPtr()

{

if(--_ptr->use == 0)

delete _ptr;

}

private:

U_Ptr* _ptr;

int _val;

};

接受一个指针和一个int 值的HasPtr 构造函数使用其指针形参创建一个新的U_Ptr 对象。HasPtr 构造函数执行完毕后，HasPtr 对象指向一个新分配的U_Ptr 对象，该U_Ptr 对象存储给定指针。新U_Ptr 中的使用计数为1，表示只有一个HasPtr 对象指向它。

复制构造函数从形参复制成员并增加使用计数的值。复制构造函数执行完毕后，新创建对象与原有对象指向同一U_Ptr 对象，该U_Ptr 对象的使用计数加1。

析构函数将检查U_Ptr 基础对象的使用计数。如果使用计数为0，则这是最后一个指向该U_Ptr 对象的HasPtr 对象，在这种情况下，HasPtr 析构函数删除其U_Ptr 指针。删除该指针将引起对U_Ptr 析构函数的调用，U_Ptr 析构函数删除int 基础对象。

赋值与引用计数

首先将右操作数中的使用计数加1，然后将左操作数对象的使用计数减1 并检查这个使用计数。像析构函数中那样，如果这是指向U_Ptr 对象的最后一个对象，就删除该对象，这会依次撤销int 基础对象。将左操作数中的当前值减1（可能撤销该对象）之后，再将指针从rhs 复制到这个对象。赋值照常返回对这个对象的引用。

HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs)

{

++rhs.ptr->use; // increment use count on rhs first

if (--ptr->use == 0)

delete ptr; // if use count goes to 0 on this object,delete it

ptr = rhs.ptr; // copy the U_Ptr object

val = rhs.val; // copy the int member

return *this;

}

这个赋值操作符在减少左操作数的使用计数之前使rhs 的使用计数加1，从而防止自身赋值。

如果左右操作数相同，赋值操作符的效果将是U_Ptr 基础对象的使用计数加1 之后立即减1。

值型类

复制值型对象时，会得到一个不同的新副本。对副本所做的改变不会反映在原有对象上，反之亦然。string 类是值型类的一个例子。

要使指针成员表现得像一个值，复制HasPtr 对象时必须复制指针所指向的对象：

复制构造函数不再复制指针，它将分配一个新的int 对象，并初始化该对象以保存与被复制对象相同的值。每个对象都保存属于自己的int 值的不同副本。因为每个对象保存自己的副本，所以析构函数将无条件删除指针。

赋值操作符不需要分配新对象，它只是必须记得给其指针所指向的对象赋新值，而不是给指针本身赋值。

//复制构造函数定义

HasPtr(const HasPtr &orig):

ptr(new int (*orig.ptr)), val(orig.val) { }