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C++如何实现简易的资源引用计数?(非智能指针方案)

穿越時空

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发布时间:2026-02-28 13:11:11

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来源于php中文网

原创

应手写引用计数而非用 std::shared_ptr,因需控制资源生命周期语义(如专用API、跨DLL、无STL环境),核心是计数器与资源分离且线程安全,推荐用 std::atomic 实现,初始化为1,add_ref 用 relaxed,release_ref 用 acq_rel 并检查返回值是否为1以触发释放。

c++如何实现简易的资源引用计数?(非智能指针方案)

为什么不用 std::shared_ptr 而要手写引用计数?

因为你要控制资源生命周期的语义——比如资源创建和销毁必须走特定 API(如 glGenTextures/glDeleteTextures),或资源需跨 DLL 边界、不能依赖 STL ABI 兼容性,又或者只是嵌入式环境压根没 STL。这时候手写轻量引用计数不是“造轮子”,而是绕过抽象泄漏的必要妥协。

核心原则:计数器和资源分离,避免把计数逻辑侵入资源类型本身;计数器本身必须是线程安全的(哪怕只用原子操作)。

std::atomic<int></int> 是最简可行计数器

别用 int + 手动加锁——性能差、易漏锁、难验证。用 std::atomic<int></int> 足够覆盖绝大多数单进程场景,且无额外依赖。

  • 初始化计数器为 1(首次持有即“已引用”)
  • add_ref()fetch_add(1, std::memory_order_relaxed) —— 引用增加不依赖顺序
  • release_ref()fetch_sub(1, std::memory_order_acq_rel) —— 减到 0 的瞬间需要同步语义
  • 检查返回值是否为 1:只有减完等于 1,才说明这是最后一次引用,该释放资源

示例:

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class TextureHandle {
    GLuint id_;
    std::atomic<int>* ref_count_;
<p>public:
TextureHandle(GLuint id) : id_(id), ref<em>count</em>(new std::atomic<int>(1)) {}</int></p><pre class="brush:php;toolbar:false;">void add_ref() { ref_count_->fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); }

bool release_ref() {
    if (ref_count_->fetch_sub(1, std::memory_order_acq_rel) == 1) {
        glDeleteTextures(1, &id_);
        delete ref_count_;
        return true;
    }
    return false;
}

};

裸指针 + 外部计数器的典型误用坑

常见错误是把计数器放在资源对象内部(比如 Texture 类里塞一个 std::atomic<int></int>),然后传 Texture* 到各处——这会导致:资源析构后指针仍可能被误用,而计数器早已销毁,fetch_sub 变成未定义行为。

  • 计数器生命周期必须严格长于所有引用它的指针
  • 推荐方案:资源句柄(如 TextureHandle)持有一份 std::atomic<int>*</int>,而非内联计数器
  • 禁止裸指针直接指向带内联计数器的资源对象
  • 如果资源本身不可拷贝,确保 TextureHandle 显式删除拷贝构造/赋值,只允许移动或手动 add_ref

跨线程传递时,std::memory_order 选错会静默崩溃

在多线程频繁增减引用的场景下,std::memory_order_relaxedadd_ref 安全,但 release_ref 的减法必须用 acq_rel 或更强语义——否则其他线程可能看到资源已被 glDeleteTextures,却还在读写其纹理 ID。

  • 不要为了“看起来快”在 release_ref 里用 relaxed
  • 如果资源释放涉及复杂清理(如回调、日志、子资源递归释放),建议在 fetch_sub 后立即加一道 std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire) 防重排
  • Windows 上若目标是 XP 兼容,std::atomic 可能退化为锁实现,此时需确认性能可接受

真正的难点不在写计数逻辑,而在于界定“谁负责分配计数器内存”“谁触发最终释放”“错误路径下计数器是否一定被清理”。这几个点一旦模糊,调试时大概率遇到 double-free 或 use-after-free,而且只在压力测试下复现。

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