shared_ptr的内部实现原理

    本文先分析shared_ptr的内部实现原理，然后实例演示shared_ptr的使用。

1. 实现原理

    shared_ptr的定义如下：

template
class shared_ptr : public _Ptr_base<_Ty>

    shared_ptr从基类_Ptr_base 继承了如下成员变量（部分源码）：

template
class _Ptr_base
{
private:element_type * _Ptr{ nullptr };      //指向资源_Ref_count_base * _Rep{ nullptr };   //指向资源引用计数
}

   其中，_Ptr指向资源，_Rep指向资源引用计数。

    _Ref_count_base的定义如下：

class __declspec(novtable) _Ref_count_base
{	// common code for reference counting
private:_Atomic_counter_t _Uses;   //记录了引用资源的shared_ptr的个数_Atomic_counter_t _Weaks;  //记录了weak_ptr的个数
}

    其中，Uses记录了资源的引用计数，也就是引用资源的shared_ptr 的个数；_Weaks记录了weak_ptr的个数，相当于资源观察者的个数。

    shared_ptr的构造函数定义如下：

template, _Can_array_delete<_Ux>, _Can_scalar_delete<_Ux>>,_SP_convertible<_Ux, _Ty>>, int> = 0>explicit shared_ptr(_Ux * _Px)
{	// construct shared_ptr object that owns _Px_Setp(_Px, is_array<_Ty>{});
}template
void _Setp(_Ux * _Px, false_type)
{	// take ownership of _Px_TRY_BEGIN	// allocate control block and set_Set_ptr_rep_and_enable_shared(_Px, new _Ref_count<_Ux>(_Px));_CATCH_ALL	// allocation failed, delete resourcedelete _Px;_RERAISE;_CATCH_END
}

    shared_ptr的构造函数中会开辟新的引用计数的资源。

    shared_ptr的拷贝构造函数定义如下：

shared_ptr(const shared_ptr& _Other) noexcept
{	// construct shared_ptr object that owns same resource as _Otherthis->_Copy_construct_from(_Other);
}template
void _Copy_construct_from(const shared_ptr<_Ty2>& _Other)
{	// implement shared_ptr's (converting) copy ctorif (_Other._Rep){_Other._Rep->_Incref();}_Ptr = _Other._Ptr;_Rep = _Other._Rep;
}

    shared_ptr的拷贝构造函数没有开辟新的引用计数的资源，只是引用计数加1。

2.代码实例    

    先看下面出错的例子：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{// 裸指针指向堆上的对象int *p = new int;       shared_ptr ptr1(p);shared_ptr ptr2(p);//两次打印都是1，析构两次，出错cout << "use_count = " <<  ptr1.use_count() << endl;cout << "use_count = " << ptr2.use_count() << endl;getchar();return 0;
}

    执行结果：

    原因：ptr1(p) 和 ptr2(p)都调用了shared_ptr的构造函数，它们管理同一个资源，但是重新开辟了引用计数的资源。所以引用计数都为1。析构函数会被调用两次，所以程序出错。

    正确的代码如下：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{// 裸指针指向堆上的对象int *p = new int;       shared_ptr ptr1(p);shared_ptr ptr2(ptr1);//两次打印都是2，析构一次，正确cout << "use_count = " <<  ptr1.use_count() << endl;cout << "use_count = " << ptr2.use_count() << endl;getchar();return 0;
}

    执行结果：

    原因：ptr1(p) 调用构造函数，ptr2(ptr1)调用拷贝构造函数（没有开辟新的引用计数的资源，只是引用计数加1）。析构函数会被调用一次，所以程序正确。

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