c++智能指针实现原理

C++智能指针是一种用于管理动态分配的内存资源的对象。它们提供了一种自动化的内存管理方式，可以帮助避免内存泄漏和悬挂指针等常见的编程错误。

在C++中，智能指针是通过类模板来实现的，主要有两种类型：std::shared_ptr和std::unique_ptr。它们都定义在<memory>头文件中。

1. std::shared_ptr：共享指针是一种引用计数智能指针。它们跟踪有多少个std::shared_ptr对象共享同一块内存。每当创建一个新的std::shared_ptr指向该内存块时，内部的引用计数就会增加。当引用计数为零时，表示没有任何指针引用该内存块，此时会自动释放内存。

   实现原理：

• std::shared_ptr内部包含了一个指针和一个引用计数器。

• 当创建一个新的std::shared_ptr指向某个对象时，引用计数器会被初始化为1。

• 每当创建一个指向相同对象的新的std::shared_ptr时，引用计数器会递增。

• 当一个std::shared_ptr被销毁或者重新分配给另一个对象时，引用计数器会递减。

• 当引用计数器变为零时，表示没有任何指针引用该对象，此时会自动释放内存。

2. std::unique_ptr：独占指针是一种独占所有权的智能指针。它们确保在任何给定时间只有一个std::unique_ptr指向一块内存。当std::unique_ptr被销毁或转移给另一个std::unique_ptr时，它会自动释放内存。

   实现原理：

• std::unique_ptr内部也包含了一个指针，但没有引用计数器。

• std::unique_ptr禁止拷贝构造和拷贝赋值操作，确保只有一个指针拥有该资源。

• 可以通过移动构造函数和移动赋值操作将所有权从一个std::unique_ptr转移到另一个std::unique_ptr。

• 当一个std::unique_ptr被销毁时，它会自动释放内存。

这些智能指针类的实现依赖于C++语言的析构函数和运算符重载机制，以便在对象生命周期结束时自动释放内存。这种自动释放内存的方式大大简化了内存管理，并提供了更安全和方便的编程方式。

当使用智能指针时，可以通过std::make_shared函数创建std::shared_ptr对象，或者使用std::make_unique函数创建std::unique_ptr对象。下面是一个简单的代码演示：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    // 使用 std::shared_ptr
    std::shared_ptr<int> sharedPtr = std::make_shared<int>(42);
    std::cout << "sharedPtr value: " << *sharedPtr << std::endl;
    std::cout << "sharedPtr use count: " << sharedPtr.use_count() << std::endl;

    // 创建另一个指向相同对象的 std::shared_ptr
    std::shared_ptr<int> sharedPtr2 = sharedPtr;
    std::cout << "sharedPtr use count: " << sharedPtr.use_count() << std::endl;

    // 使用 std::unique_ptr
    std::unique_ptr<double> uniquePtr = std::make_unique<double>(3.14);
    std::cout << "uniquePtr value: " << *uniquePtr << std::endl;

    // 尝试拷贝 std::unique_ptr（编译错误）
    // std::unique_ptr<double> uniquePtr2 = uniquePtr;

    // 移动 std::unique_ptr 所有权
    std::unique_ptr<double> uniquePtr2 = std::move(uniquePtr);
    std::cout << "uniquePtr2 value: " << *uniquePtr2 << std::endl;

    return 0;
}

在上述示例中，我们使用了std::shared_ptr来管理一个整数对象和std::unique_ptr来管理一个双精度浮点数对象。

请注意，尝试拷贝std::unique_ptr会导致编译错误，因为std::unique_ptr的设计目的是独占所有权。要转移std::unique_ptr的所有权，可以使用std::move函数。

输出结果应为：

sharedPtr value: 42
sharedPtr use count: 1
sharedPtr use count: 2
uniquePtr value: 3.14
uniquePtr2 value: 3.14

这个示例展示了智能指针的基本用法，包括创建、访问和传递所有权。