C++面试题（四）——智能指针的原理和实现

tanglu2004

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　　C++面试题（一）、（二）和（三）都搞定的话，恭喜你来到这里，这基本就是c++面试题的最后一波了。

1，你知道智能指针吗？智能指针的原理。
     2，常用的智能指针。
     3，智能指针的实现。

　　1答案：智能指针是一个类，这个类的构造函数中传入一个普通指针，析构函数中释放传入的指针。智能指针的类都是栈上的对象，所以当函数（或程序）结束时会自动被释放，

2， 最常用的智能指针：

1）std::auto_ptr，有很多问题。 不支持复制（拷贝构造函数）和赋值（operator =），但复制或赋值的时候不会提示出错。因为不能被复制，所以不能被放入容器中。

2) C++11引入的unique_ptr， 也不支持复制和赋值，但比auto_ptr好，直接赋值会编译出错。实在想赋值的话，需要使用：std::move。

例如：

std::unique_ptr<int> p1(new int(5));
                    std::unique_ptr<int> p2 = p1; // 编译会出错
                    std::unique_ptr<int> p3 = std::move(p1); // 转移所有权, 现在那块内存归p3所有, p1成为无效的指针.

3) C++11或boost的shared_ptr，基于引用计数的智能指针。可随意赋值，直到内存的引用计数为0的时候这个内存会被释放。

4）C++11或boost的weak_ptr，弱引用。 引用计数有一个问题就是互相引用形成环，这样两个指针指向的内存都无法释放。需要手动打破循环引用或使用weak_ptr。顾名思义，weak_ptr是一个弱引用，只引用，不计数。如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放。所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用之前需要检查weak_ptr是否为空指针。

3， 智能指针的实现

下面是一个基于引用计数的智能指针的实现，需要实现构造，析构，拷贝构造，=操作符重载，重载*-和>操作符。

 1 template <typename T>
 2 class SmartPointer {
 3 public:
 4     //构造函数
 5     SmartPointer(T* p=0): _ptr(p), _reference_count(new size_t){
 6         if(p)
 7             *_reference_count = 1;
 8         else
 9             *_reference_count = 0;
10     }
11     //拷贝构造函数
12     SmartPointer(const SmartPointer& src) {
13         if(this!=&src) {
14             _ptr = src._ptr;
15             _reference_count = src._reference_count;
16             (*_reference_count)++;
17         }
18     }
19     //重载赋值操作符
20     SmartPointer& operator=(const SmartPointer& src) {
21         if(_ptr==src._ptr) {
22             return *this;
23         }
24         releaseCount();
25         _ptr = src._ptr;
26         _reference_count = src._reference_count;
27         (*_reference_count)++;
28         return *this;
29     }
30
31     //重载操作符
32     T& operator*() {
33         if(ptr) {
34             return *_ptr;
35         }
36         //throw exception
37     }
38     //重载操作符
39     T* operator->() {
40         if(ptr) {
41             return _ptr;
42         }
43         //throw exception
44     }
45     //析构函数
46     ~SmartPointer() {
47         if (--(*_reference_count) == 0) {
48             delete _ptr;
49             delete _reference_count;
50         }
51     }
52 private:
53     T *_ptr;
54         size_t *_reference_count;
55         void releaseCount() {
56         if(_ptr) {
57             (*_reference_count)--;
58                 if((*_reference_count)==0) {
59                     delete _ptr;
60                     delete _reference_count;
61                 }
62         }
63         }
64 };
65
66 int main()
67 {
68     SmartPointer<char> cp1(new char(‘a‘));
69     SmartPointer<char> cp2(cp1);
70     SmartPointer<char> cp3;
71     cp3 = cp2;
72     cp3 = cp1;
73     cp3 = cp3;
74     SmartPointer<char> cp4(new char(‘b‘));
75     cp3 = cp4;
76 }