C++怎么实现一个简单的智能指针_C++智能指针原理与自定义实现示例-C++-PHP中文网

C++怎么实现一个简单的智能指针_C++智能指针原理与自定义实现示例

穿越時空

发布： 2025-10-25 15:33:01

原创

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智能指针通过RAII和引用计数自动管理内存，防止泄漏；SimpleSharedPtr模板类封装指针，构造时初始化引用计数，拷贝时增加计数，析构时减少计数并适时释放资源，确保同一对象被多个共享指针安全持有，最后一个指针销毁时才回收内存。

c++怎么实现一个简单的智能指针_c++智能指针原理与自定义实现示例

智能指针的核心目标是自动管理动态分配的内存，避免手动调用 delete 导致的内存泄漏。C++ 中常见的智能指针如 unique_ptr、shared_ptr 都基于 RAII（资源获取即初始化）原则。我们可以从最简单的引用计数型智能指针入手，模拟 shared_ptr 的基本行为。

智能指针的基本原理

智能指针本质是一个类模板，封装了原始指针，并在析构函数中自动释放所指向的资源。关键点包括：

构造时接管原始指针的所有权
析构时自动 delete 指针（如果仍持有所有权）
拷贝或赋值时共享所有权，并通过引用计数追踪有多少个智能指针指向同一对象
当最后一个智能指针被销毁时，才真正释放内存

自定义 shared_ptr 简化实现

template<typename T>
class SimpleSharedPtr {
private:
    T* ptr_; // 实际指向的对象
    int* ref_count_; // 引用计数指针，多个实例共享同一个计数器

    // 增加引用计数
    void add_ref() {
        if (ref_count_) {
            ++(*ref_count_);
        }
    }

    // 减少引用计数，为0时释放资源
    void release() {
        if (ref_count_ && --(*ref_count_) == 0) {
            delete ptr_;
            delete ref_count_;
        }
        ptr_ = nullptr;
        ref_count_ = nullptr;
    }

public:
    // 构造函数
    explicit SimpleSharedPtr(T* p = nullptr)
        : ptr_(p), ref_count_(p ? new int(1) : nullptr) {}

    // 拷贝构造函数
    SimpleSharedPtr(const SimpleSharedPtr& other)
        : ptr_(other.ptr_), ref_count_(other.ref_count_) {
        add_ref();
    }

    // 赋值操作符
    SimpleSharedPtr& operator=(const SimpleSharedPtr& other) {
        if (this != &other) {
            release(); // 释放当前资源
            ptr_ = other.ptr_;
            ref_count_ = other.ref_count_;
            add_ref();
        }
        return *this;
    }

    // 析构函数
    ~SimpleSharedPtr() {
        release();
    }

    // 解引用
    T& operator*() const { return *ptr_; }
    // 成员访问
    T* operator->() const { return ptr_; }

    // 获取原始指针
    T* get() const { return ptr_; }

    // 检查是否唯一持有
    bool unique() const { return ref_count_ ? *ref_count_ == 1 : false; }

    // 当前引用数量
    int use_count() const { return ref_count_ ? *ref_count_ : 0; }
};

使用示例

下面是一个简单的测试代码，验证我们的智能指针是否正常工作：

#include <iostream>
using namespace std;

struct MyClass {
    MyClass(int val) : value(val) { cout << "构造: " << value << endl; }
    ~MyClass() { cout << "析构: " << value << endl; }
    int value;
};

int main() {
    {
        SimpleSharedPtr<MyClass> p1(new MyClass(10));
        cout << "引用数: " << p1.use_count() << endl; // 输出 1

        {
            SimpleSharedPtr<MyClass> p2 = p1;
            cout << "引用数: " << p1.use_count() << endl; // 输出 2
            cout << "值: " << p2->value << endl; // 输出 10
        } // p2 析构，引用数减1

        cout << "引用数: " << p1.use_count() << endl; // 输出 1
    } // p1 析构，对象被删除
    return 0;
}

输出结果会显示构造一次，析构一次，中间引用计数正确变化，说明资源管理有效。

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