很久以前就對(duì)基于引用計(jì)數(shù)的指針指針很感興趣，今天突然又一次想到這個(gè)問(wèn)題，所以就寫(xiě)了一個(gè)基于引用技術(shù)的智能指針。該智能指針的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
        以下是測(cè)試代碼，該智能指針能夠完全通過(guò)這些測(cè)試代碼。

        寫(xiě)完這個(gè)智能指針之后我在網(wǎng)上找了找其他人寫(xiě)的智能指針，發(fā)現(xiàn)智能指針有兩種典型實(shí)現(xiàn)方式：侵入式、非侵入式，而我的實(shí)現(xiàn)方式是非侵入式的。以下兩篇文章是從網(wǎng)上引用的，從這兩篇文章中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，也學(xué)到了一些知識(shí)。以下引用內(nèi)容的所有版權(quán)歸原作者所有。

第一篇：
             一種自適應(yīng)的引用計(jì)數(shù)智能指針的實(shí)現(xiàn)

0　引言
        自行管理內(nèi)存是C ++ 語(yǔ)言的一個(gè)重要特征, 它為開(kāi)發(fā)人員充分、靈活利用內(nèi)存空間提供了方 便,但同時(shí)也負(fù)擔(dān)了大量?jī)?nèi)存的請(qǐng)求、釋放工作.
 程序的邏輯錯(cuò)誤以及不確定的異常引發(fā),通常會(huì)由于內(nèi)存未釋放而造成系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏. 實(shí)際工 作證明,內(nèi)存泄漏是最主要的C + + 程序Bug 之 一,由程序進(jìn)行自動(dòng)內(nèi)存管理可有效地避免內(nèi)存 泄漏,這也是提高C + + 程序質(zhì)量的重要途經(jīng)之 一.
自動(dòng)內(nèi)存管理通常的方式是引入垃圾回收 (Garbage Collection) 機(jī)制. 垃圾回收作為動(dòng)態(tài)語(yǔ)言 的特征之一早已存在于多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中,如 Java、Python 等. 遺憾的是最新的C ++ 標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有將其引入,同時(shí),由于C ++ 語(yǔ)言是強(qiáng)類型的靜態(tài)語(yǔ)言,通過(guò)程序來(lái)模擬垃圾回收機(jī)制非常困難,且功能有限. 避開(kāi)垃圾回收,通過(guò)運(yùn)用C ++ 語(yǔ)言的運(yùn)算符重載和范型機(jī)制,在C ++ 社區(qū)產(chǎn)生了稱為智能指針(Smart Pointer) 的內(nèi)存工具. 所謂智能指針,實(shí)際上是一種類模板,當(dāng)其實(shí)例化后包含有指向動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的指針,它通過(guò)重載* 、->運(yùn)算符來(lái)模擬指針的行為,同時(shí)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候釋放內(nèi)存,以達(dá)到自動(dòng)內(nèi)存管理的目的,其定義通常為template < typename T > class Smart Ptr. 現(xiàn)在,智能指針在C ++ 應(yīng)用開(kāi)發(fā)中大量使用, 已經(jīng)成為C ++ 標(biāo)準(zhǔn)的工具之一.

1   智能指針的一般實(shí)現(xiàn)和使用
 通常,智能指針按使用的策略分為兩類:一類是面向控制資源的所有權(quán)的智能指針,這類智能指針保證資源只被一個(gè)確定的對(duì)象使用,任何智能指針的拷貝或傳遞均會(huì)發(fā)生所有權(quán)的轉(zhuǎn)換,如標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的std : :auto ptr[1 ] ;另一類是面向資源共享的智能指針,這類智能指針內(nèi)部通常存在使用資源的記數(shù)器,稱為引用計(jì)數(shù),它保證引用計(jì)數(shù)為0 時(shí)(即不再有對(duì)象使用資源) 釋放資源, 如Boost 庫(kù)的boost : :shared ptr[2 ] . 智能指針能很好的完成內(nèi)存自動(dòng)釋放,而它
 的使用與普通指針?lè)浅ｎ愃?
 {
 　  ??
   　//定義int 的智能指針si
       boost : :shared ptr < int > si = new int (1) ;
      //直接使用si
      std::cout<<*si<<std : :endl ;
      //定義string 的智能指針st
      boost::shared-ptr<std::string > st = new std::string(″Foo″) ;
      //通過(guò)- > 運(yùn)算符訪問(wèn)string 的成員函數(shù)
      st->clear () ;
      //qt 和st 訪問(wèn)的是同一資源
      boost : :shared ptr < std : :string > qt = st ;
      qt - > append(″Bar″) ;
       ??
       //si st 中的指針將自動(dòng)釋放
 }

 2   引用計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)
        資源共享型的智能指針引用計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì),一般分侵入式與非侵入式兩種. 侵入式引用計(jì)數(shù),將計(jì)數(shù)器作為包含對(duì)象的一部分,該方法效率比較 高,但要求包含類型總是繼承自一個(gè)計(jì)數(shù)對(duì)象;非侵入式引用計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)器通過(guò)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配獲得,任何的對(duì)象均可作為智能指針的范型參數(shù),但小內(nèi)存的new 操作會(huì)降低智能指針的效率. 關(guān)于效率和靈活的平衡,在智能指針的設(shè)計(jì)中是不能完成的,只有把這個(gè)問(wèn)題交給智能指針的使用者. 但通過(guò)模板元編程以及模板偏特化,我們可以為使用者提供自動(dòng)識(shí)別包含類型的智能指針[3 ] . 通過(guò)模板元編程可在程序的編譯期間判斷一個(gè)類型是否繼承自計(jì)數(shù)對(duì)象,如果是則采用侵入式,否則采用非侵入式.侵入式的引用計(jì)數(shù)應(yīng)繼承的基類:
   class IntrusiveRefCount
   {
   //操作引用計(jì)數(shù)成員函數(shù)
   ??
   protected :
   　　int refCount ;PPP< 引用計(jì)數(shù)
  } ;
  通過(guò)不同的方式實(shí)現(xiàn)智能指針,模板參數(shù)IntrRefCount 缺省為T(mén)rue ,即采用侵入式:
  template < typename T,bool IntrRefCount >
  class SmartPtrImp
  {
  　　//重載賦值運(yùn)算符.
    　//通過(guò)調(diào)用T的成員函數(shù)DecRef()和IncRef ( ) 來(lái)改變引用值
        SmartPtrImp &operator = (const SmartPtrImp &sptr)
        {
          //釋放當(dāng)前資源
          if (pointee ! = 0 &&pointee - > DecRef ( ) == 0)
             delete pointee ;
          pointee = sptr.pointee ;
          if (pointee ! = 0)
            pointee->IncRef() ;
          return *this ;
         }
         //拷貝構(gòu)造函數(shù). 同樣有引用值的操作
         SmartPtrImp (const SmartPtrImp &sptr) ;
 protected :
             T *pointee ;///對(duì)象指針
    };
   采用模板偏特化參數(shù)IntrRefCount ( 特化為false) ,此類模板采用非侵入式模式:
   template < typename T>
   class SmartPtrImp < T,false >
   {
   　　//重載賦值運(yùn)算符.
  　//直接new int (0) 來(lái)獲取記數(shù)器
           SmartPtrImp &operator = (T* ptr)
          {
                   if (pointee ! = 0)
                   {
                             if (--(*refCountPtr ) == 0)
                                    delete pointee ;
                           else
                           //失去了對(duì)原對(duì)象的控制,原對(duì)象的引用計(jì)數(shù)也要放棄
                               refCountPtr = new int (0) ;
                     }
                  pointee = ptr ;
                  if (pointee ! = 0)
                          ++refCountPtr ;
          return *this ;
 }
         //拷貝構(gòu)造函數(shù). 同樣有引用值的操作
         SmartPtrImp (const SmartPtrImp &sptr) ;
  protected :
         T *pointee ;///對(duì)象指針
        int *refCountPtr;///引用計(jì)數(shù)
 } ;
 
3        智能指針的實(shí)現(xiàn)
        現(xiàn)在我們需要一個(gè)算法判斷一個(gè)類是否是另一個(gè)類的子類的范型算法[4 ] ,實(shí)現(xiàn)如下:
        //如果沒(méi)有看過(guò)陳偉柱翻譯的《C++ Template》的話下面的代碼可能很難看懂，如果看不懂的話，不妨找這本書(shū)看一下
         template < typename D ,typename B >
         struct IsDerivedFrom
         {
                 class No {} ;
                 class Yes {No no[2 ] ;} ;
        　     static Yes Test (B*) ;
 　　        static No Test ( ?) ;
             　enum {Is = sizeof (Test ( static cast <D*> (0) ) ) = = sizeof(Yes) } ;
         } ;
         如果類型D 是B 的子類IsDerivedFrom < D ,B>::Is 的值就為1.
         有了如上工具,我們就可以將智能指針的實(shí)現(xiàn)拼接起來(lái):
           template < typename T>
           class SmartPtr :
  　     public SmartPtrImp < T, IsDerivedFrom < T, IntrusiveRefCount>::Is == 1 >
           {
    　　    typedef SmartPtrImp < T, IsDerivedFrom < T, IntrusiveRefCount>::Is == 1, Deletor < T > > ParentCls ;
   　    public :
    　　   SmartPtr () :ParentCls () {}
   　　 explicit SmartPtr (T &t) :ParentCls (t) {}
     　　   explicit SmartPtr (T*t) :ParentCls (t) {}
    　　 SmartPtr (const SmartPtr &sptr) :ParentCls (sptr) {}
     }

                          
        從以上的說(shuō)明上看，這篇論文只有一點(diǎn)有價(jià)值的——講明白了智能指針的兩種實(shí)現(xiàn)方式，侵入式和非侵入式。至于這篇自適應(yīng)的說(shuō)法，個(gè)人感覺(jué)在編碼的時(shí)候根本不會(huì)用到。其中紅色的文字是我添加的。


第二篇：

        指針 是C++中不得不談的一個(gè)話題，或許我還不是很能熟練的掌握指針以及我所要討論的引用計(jì)數(shù)型指針的全部，但是還是有那么些迫不及待想要表達(dá)一下。
        指針pointer 是 資源泄漏 resource leak 的根源（當(dāng)然可能還有其他一些什么東西，在我的映像中 異常 仿佛也會(huì)造成資源泄漏）最簡(jiǎn)單的一個(gè)資源泄漏的例子就是new和delete這樣的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配算子沒(méi)有正確使用造成的：
struct A
{
A()  { printf("A Constructor!"); }
~A() { printf("A Destructor!"); }
};

void area()
{
A *p = new A();
}
執(zhí)行完 area() 后，自然是只有A構(gòu)造的消息，而A的析構(gòu)卻不見(jiàn)影蹤。這里我們?cè)陔x開(kāi)了area作用域后，我們就無(wú)法對(duì)p所指向之資源進(jìn)行操作，A的實(shí)例就會(huì)被懸掛在內(nèi)存的某處得不到清理。一個(gè)形象點(diǎn)的比方就像人類發(fā)送的宇宙衛(wèi)星失去了動(dòng)力以及和地球的聯(lián)系，無(wú)法收回，就變成了宇宙垃圾～。
然而利用對(duì)象來(lái)管理資源是一個(gè)很好的辦法，因?yàn)閷?duì)象的實(shí)例本身在脫離作用域后會(huì)自動(dòng)清理，就像這樣

class  A_holder
{
public:
expilict A_holder(A* p = NULL):ptr(p) {}

~A_holder()
{
if (ptr)
delete ptr;
}
private:
A* ptr;
};
如此，我們?cè)赼rea里面把資源的管理權(quán)力交給A_holder，就像下面這樣
void area()
{
A_holder ah(new A);
}
這樣，ah在離開(kāi)area后會(huì)自動(dòng)調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)，就達(dá)到了自動(dòng)管理該資源的目的。
利用C++的類的實(shí)例離開(kāi)作用域會(huì)自動(dòng)調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)的機(jī)制，可以比較方便的管理資源，但是在使用普通指針的情況下會(huì)存在多個(gè)指針指向同一對(duì)象的情況。
void multi_point()
{
int a;
int *p1,*p2;

p1 = &a;
p2 = &a;
}
實(shí)際的指針指向情況應(yīng)該是這樣 p1 –>? a ?<- p2。
這里就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，我們想取消p1的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)兩種語(yǔ)義：
1、將p1和其指向的對(duì)象一起刪除，這樣p2也就不可以繼續(xù)對(duì)a進(jìn)行使用。但是往往p2的使用者不會(huì)知道a已經(jīng)刪除，則出現(xiàn)了錯(cuò)誤。
2、將p1與其指向的對(duì)象解除關(guān)系，這樣p2還可以對(duì)a進(jìn)行使用。
對(duì)于普通的delete操作，實(shí)現(xiàn)的是第一種情況，這樣通過(guò)p2對(duì)a進(jìn)行訪問(wèn)必然會(huì)造成致命的錯(cuò)誤。
在實(shí)現(xiàn)holder類的時(shí)候應(yīng)該也考慮到第二種情況，如果有另外一個(gè)holder也指向這個(gè)資源，其中一個(gè)holder銷毀，另外一個(gè)holder還可能會(huì)使用到它們共同指向的那個(gè)資源。于是，holder的作用就不僅僅是單單的持有和施放資源，還應(yīng)該處理有多少個(gè)對(duì)其hold資源的引用（即引用計(jì)數(shù)），并且在引用計(jì)數(shù)降為0時(shí)真正的銷毀資源實(shí)體。
如此，一個(gè)行為類似指針（有->,*操作符）的智能指針出現(xiàn)，它管理賦予其資源的引用計(jì)數(shù)，也管理該資源的生死存亡。
一個(gè)簡(jiǎn)單的Reference Count Smart Pointer的實(shí)現(xiàn)如下：
#ifndef COUNTED_PTR_HPP
#define COUNTED_PTR_HPP
/*class for counted reference semantics
*-deletes the object to which it refers when the last CountedPtr
* that refers to it is destroyed
*/
template <class T>
class CountedPtr
{
private:
 T* ptr;        // pointer to the value
 long* count;   // shared number of owners
public:
 //initialize pointer with existing pointer
 //-requires that the pointer p is a return value of new
 explicit CountedPtr (T* p=0)
  : ptr(p), count(new long(1)) {}
 //copy pointer (one more owner)
 CountedPtr (const CountedPtr<T>& p) throw()
  : ptr(p.ptr), count(p.count)
 {
  ++*count;
 }
 //destructor (delete value if this was the last owner)
 ~CountedPtr () throw()
 {
  dispose();
 }
 //assignment (unshare old and share new value)
 CountedPtr<T>& operator= (const CountedPtr<T>& p) throw() {
  if (this != &p) {
   dispose();
   ptr = p.ptr;
   count = p.count;
   ++*count;
  }
  return *this;
 }
 //access the value to which the pointer refers
 T& operator*() const throw() {
  return *ptr;
 }
 T* operator->() const throw() {
  return ptr;
 }
private:
 void dispose() {
  if (--*count == 0) {
   delete count;
   delete ptr;
  }
 }
};
#endif /*COUNTED_PTR_HPP*/
由此，一個(gè)新的問(wèn)題出現(xiàn)了！循環(huán)引用！
這樣的一個(gè)引用計(jì)數(shù)型智能指針目的是為了防止資源泄漏，但是只需要一個(gè)很小巧的代碼就可以讓這樣的初衷化為烏有……。
class A
{
public:
 A() {cout<<"A CON"<<endl;}
 ~A() {cout<<"A DES"<<endl;}

 void hold(CountedPtr<A> ptr)
 {
  m_ptr = ptr;
 }
private:
 CountedPtr<A> m_ptr;
};

void self_cir_area()
{
 CountedPtr<A> pA(new A());
 pA->hold(pA);
}

可以看見(jiàn)，一個(gè)對(duì)象A中有一個(gè)引用計(jì)數(shù)型智能指針，這樣的設(shè)計(jì)可能會(huì)很常見(jiàn)（指向自身類型的結(jié)構(gòu)體——鏈表）
但是，當(dāng)自身循環(huán)引用發(fā)生的時(shí)候會(huì)怎么樣呢？ 下面就來(lái)看看這么兩句代碼
CountedPtr<A> pA(new A());
這里我們新建一個(gè)資源，并且把這個(gè)資源的管理權(quán)移交給pA這個(gè)引用計(jì)數(shù)型智能指針對(duì)象管理。如此，pA中的引用計(jì)數(shù)被初始化為1。
pA->hold(pA);
這里，我們把pA對(duì)象傳入給實(shí)例化的A對(duì)象中的引用計(jì)數(shù)型智能指針m_ptr，m_ptr執(zhí)行這樣的一個(gè)成員函數(shù)：   
//assignment (unshare old and share new value)
CountedPtr<T>& operator= (const CountedPtr<T>& p) throw() {
 if (this != &p) {
  dispose();
  ptr = p.ptr;
  count = p.count;
  ++*count;
 }
 return *this;
}
因?yàn)檫@里很明顯不是自身賦值，A中的m_ptr和pA不是同一個(gè)對(duì)象，所以進(jìn)入if結(jié)構(gòu)中調(diào)用下面的內(nèi)容。dispose是用作清理，因?yàn)閙_ptr并沒(méi)有指向任何東西，所以第一個(gè)函數(shù)并沒(méi)有真正的意義。然后
m_ptr.ptr = pA.ptr;
m_ptr.count = pA.count;
++(*m_ptr.count);  //(*pA.count)也被++
到此，pA的引用計(jì)數(shù)為2
嗯，下面就pA這個(gè)對(duì)象理所當(dāng)然的離開(kāi)了作用域，調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)：
~CountedPtr () throw() {
 dispose();
}
噢，是一個(gè)轉(zhuǎn)向，調(diào)用其private成員函數(shù)dispose():
void dispose() {
 if (--*count == 0) {
  delete count;
  delete ptr;
 }
}
很簡(jiǎn)單，將引用計(jì)數(shù)-1，由2變成1，不為0，所以if結(jié)構(gòu)內(nèi)的語(yǔ)句不被執(zhí)行。
由此，我們又制造了一個(gè)完美的太空垃圾……
這樣的循環(huán)引用問(wèn)題應(yīng)該是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中就應(yīng)該避免的，如果用UML語(yǔ)言描述
A中持有一個(gè) 引用計(jì)數(shù)型智能指針 的語(yǔ)義就是 這個(gè) 持有關(guān)系 是需要在 A消失的時(shí)候所持有的對(duì)象也隨之消失（這正是智能指針的作用，在脫離作用域自動(dòng)清除其持有的資源）。如此就構(gòu)成了 組合 關(guān)系。如果要表示 聚合 關(guān)系，即有 部分-整體 關(guān)系但是部分不隨整體的消失而消失，這就不是 智能指針 所表達(dá)的語(yǔ)義。
還有可能遇見(jiàn)的循環(huán)引用就是 A1 持有 A2， A2 持有 A1 的情況……
這樣A1,A2中對(duì)雙方的引用計(jì)數(shù)都是2，當(dāng)一方“銷毀”的時(shí)候，雙方的應(yīng)用計(jì)數(shù)都變?yōu)?，實(shí)際上并沒(méi)有銷毀任何東西，制造了兩個(gè)完美無(wú)暇的太空垃圾～
這里又引發(fā)出一個(gè)問(wèn)題，這樣的資源泄漏問(wèn)題實(shí)際上還是由程序員自身引起的。
C++之所以是一個(gè)很容易出錯(cuò)的語(yǔ)言，很大一部分在于其資源的管理權(quán)力全權(quán)交給了程序員。這樣的權(quán)力到底是造福了程序員還是迷惑了程序員呢？
這里我卻想起了蜘蛛俠中的一句名言： “一個(gè)人能力有多大，責(zé)任就有多大！”
對(duì)C++中指針的指責(zé)不是一天兩天了，其易錯(cuò)性無(wú)可厚非，但是它卻給了你其他語(yǔ)言無(wú)法給你的能力！這就是我的觀點(diǎn)，你能力有這么大，你就有責(zé)任來(lái)治理好這些資源。而非一再推卸責(zé)任。如果真的是要推卸責(zé)任，也就應(yīng)該去選擇其他那些剝奪你的能力而減少你的責(zé)任的語(yǔ)言，因?yàn)槟阌羞x擇權(quán)！就像說(shuō)英語(yǔ)和中文一樣，并沒(méi)有哪個(gè)人在強(qiáng)迫你，不是么？熱愛(ài)C++是一種態(tài)度，對(duì)一個(gè)語(yǔ)言的利弊都了然于心，了解其可以做什么不可以做什么，怎樣才可以更好的使用它來(lái)做什么，才能更好的使用它。更何況，there are rarely things that are not possible in C++。

 

在沒(méi)有看到這篇文章之前，我覺(jué)得智能指針能夠應(yīng)對(duì)所有情況，可是看過(guò)這篇文章讓我了解到智能指針在循環(huán)引用的情況下也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

另外，我還發(fā)現(xiàn)我的operator=函數(shù)有問(wèn)題，具體的問(wèn)題請(qǐng)參見(jiàn)上面兩篇文章的operator=函數(shù)。此外，本實(shí)現(xiàn)還有一些問(wèn)題沒(méi)有考慮：線程安全，if(智能指針)等。
天太晚了，所以就不排版了，請(qǐng)見(jiàn)諒!