9 自定义智能指针

在上一篇教程中，我们讨论了 shared_ptr 和 weak_ptr 的使用，接下来我们将深入探索如何自定义一个简单的智能指针。这对于理解智能指针的内部工作原理非常重要，并且能够帮助你为特定的需求实现更加灵活的内存管理。

什么是自定义智能指针？

自定义智能指针是用户定义的对象，能够像原生指针那样用于对象的内存管理，但同时能够提供额外的功能，如自动释放、引用计数、延迟初始化等。常见的自定义智能指针的实现主要包括以下几种类型：

• 独占智能指针（类似于 unique_ptr）
• 共享智能指针（类似于 shared_ptr）

在本节中，我们将实现一个简单的独占智能指针，它支持基本的构造、析构和移动语义。

实现简单的独占智能指针

指针类的基本结构

让我们先定义一个名为 UniquePtr 的类。

template <typename T>
class UniquePtr {
private:
    T* ptr;  // 指向的资源

public:
    // 构造函数
    explicit UniquePtr(T* p = nullptr) : ptr(p) {}

    // 移动构造函数
    UniquePtr(UniquePtr&& other) noexcept : ptr(other.ptr) {
        other.ptr = nullptr;  // 置空源指针
    }

    // 禁用拷贝构造函数
    UniquePtr(const UniquePtr&) = delete;

    // 移动赋值运算符
    UniquePtr& operator=(UniquePtr&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete ptr;        // 释放当前的资源
            ptr = other.ptr;   // 转移资源
            other.ptr = nullptr; // 置空源指针
        }
        return *this;
    }

    // 析构函数
    ~UniquePtr() {
        delete ptr;  // 释放资源
    }

    // 提供对指针的访问
    T& operator*() const {
        return *ptr;
    }

    T* operator->() const {
        return ptr;
    }

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

    // 释放管理的指针
    T* release() {
        T* temp = ptr;
        ptr = nullptr;
        return temp;
    }

    // 重置智能指针
    void reset(T* p = nullptr) {
        delete ptr;
        ptr = p;
    }
};

代码解析

这段代码实现了一个简单的 UniquePtr 类，其中包括下面几个重要的功能：

• 构造函数：可以从原始指针构造。
• 移动构造函数和移动赋值运算符：实现了资源的转移，而不是拷贝。
• 析构函数：释放管理的资源。
• 操作符重载：提供对指针的访问和智能指针的基本操作。

使用示例

现在，我们来看一个具体的使用示例，以理解如何使用这个自定义的智能指针。

#include <iostream>

class Test {
public:
    Test() { std::cout << "Test构造函数\n"; }
    ~Test() { std::cout << "Test析构函数\n"; }
    void hello() { std::cout << "Hello, World!\n"; }
};

int main() {
    UniquePtr<Test> ptr(new Test()); // 创建一个Test对象
    ptr->hello();                     // 调用成员函数
    // ptr被销毁时会自动释放内存
    return 0;
}

在这个示例中，我们首先定义了一个简单的 Test 类，并在 main 函数中使用 UniquePtr 来管理对 Test 对象的拥有权。创建后，hello 方法被调用并输出结果。当 ptr 超出范围并被销毁时，Test 的析构函数被调用，内存会自动被释放。

总结

通过上述实现，我们创建了一个简单但功能完备的 UniquePtr 类，这个类能够有效管理动态分配的对象的生命周期。在理解了自定义智能指针的基本机制后，你将能够针对特定的场景实现更复杂的内存管理逻辑。

在下一篇教程中，我们将深入探索 STL 的高级用法，进一步巩固和扩展我们的 C++ 知识，敬请期待！