自定义智能指针通过引用计数和RAII机制实现自动内存管理，构造时初始化计数，拷贝时增加计数，析构时减少计数并归零释放资源。
在C++中，智能指针是一种用于自动管理动态内存的工具，能够有效防止内存泄漏。通过自定义智能指针，不仅可以加深对RAII（资源获取即初始化）机制的理解，还能掌握对象生命周期管理的核心思想。下面介绍如何实现一个简单的仿照std::shared_ptr的自定义智能指针。
基本原理：引用计数 + RAII
智能指针的核心是利用对象的构造和析构来自动管理资源。我们使用引用计数来跟踪有多少个指针指向同一块内存。当引用计数降为0时，说明没有指针再使用该资源，此时自动释放内存。
关键点包括：
- 构造函数：接管原始指针，并将引用计数初始化为1。
- 拷贝构造函数：增加引用计数。
- 赋值操作符：先减少原对象的引用计数，再增加新对象的引用计数。
- 析构函数：减少引用计数，归零时释放资源。
- 引用计数需要共享：多个智能指针实例需共享同一个计数器，通常用堆上分配的整数来保存。
实现一个简易的 shared_ptr
templateclass MySharedPtr { private: T* ptr_; // 指向实际对象 int* ref_count_; // 指向引用计数 void release() { if (ref_count_ && --(*ref_count_) == 0) { delete ptr_; delete ref_count_; ptr_ = nullptr; ref_count_ = nullptr; } }public: // 构造函数 explicit MySharedPtr(T* p = nullptr) : ptr_(p), refcount(p ? new int(1) : nullptr) {}
// 拷贝构造函数 MySharedPtr(const MySharedPtr& other) : ptr_(other.ptr_), ref_count_(other.ref_count_) { if (ref_count_) { ++(*ref_count_); } } // 赋值操作符 MySharedPtr& operator=(const MySharedPtr& other) { if (this != &other) { release(); // 释放当前资源 ptr_ = other.ptr_; ref_count_ = other.ref_count_; if (ref_count_) { ++(*ref_count_); } } return *this; } // 析构函数 ~MySharedPtr() { release(); } // 解引用 T& operator*() const { return *ptr_; } T* operator->() const { return ptr_; } // 获取原始指针 T* get() const { return ptr_; } // 获取引用计数 int use_count() const { return ref_count_ ? *ref_count_ : 0; } // 判断是否为空 bool expired() const { return ptr_ == nullptr; }};
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使用示例
测试我们的智能指针是否正常工作：
#includeusing namespace std; struct MyClass { int value; MyClass(int v) : value(v) { cout << "MyClass created: " << value << endl; } ~MyClass() { cout << "MyClass destroyed: " << value << endl; } };
int main() { { MySharedPtr
p1(new MyClass(10)); cout << "use count: " << p1.use_count() << endl; // 1 MySharedPtrzuojiankuohaophpcnMyClassyoujiankuohaophpcn p2 = p1; cout zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn "use count: " zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn p1.use_count() zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn endl; // 2 MySharedPtrzuojiankuohaophpcnMyClassyoujiankuohaophpcn p3; p3 = p2; cout zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn "use count: " zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn p1.use_count() zuojiankuohaophpcnzuojiankuohaophpcn endl; // 3 } // 所有指针离开作用域，引用计数归零，对象被销毁 return 0;}
注意事项与扩展方向
上述实现是一个简化版本，实际应用中还需考虑以下问题：
- 线程安全：引用计数的增减应是原子操作，在多线程环境下需使用原子类型或互斥锁。
- 支持定制删除器：比如文件句柄、数组等需要特殊释放方式的资源。
- 支持make_shared优化：合并控制块与对象内存分配，提升性能。
- 支持weak_ptr：解决循环引用问题。
基本上就这些。通过手动实现一个简单的智能指针，可以深入理解C++中资源管理的底层机制。虽然标准库中的shared_ptr更复杂且高效，但其核心思想正是如此：用对象生命周期管理资源，做到“获取即初始化”，自动而安全。
