智能指针(smart pointer)是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期控制，能够确保自动正确的销毁动态分配的对象，防止内存泄露。它的一种通用实现技术是使用引用计数(reference count)。智能指针类将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数跟踪该类有多少个对象共享同一指针。每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指对象的引用计数（如果引用计数为减至0，则删除对象），并增加右操作数所指对象的引用计数；调用析构函数时，构造函数减少引用计数（如果引用计数减至0，则删除基础对象）。

智能指针就是模拟指针动作的类。所有的智能指针都会重载 -> 和 * 操作符。智能指针还有许多其他功能，比较有用的是自动销毁。这主要是利用栈对象的有限作用域以及临时对象（有限作用域实现）析构函数释放内存。当然，智能指针还不止这些，还包括复制时可以修改源对象等。智能指针根据需求不同，设计也不同（写时复制，赋值即释放对象拥有权限、引用计数等，控制权转移等）。auto_ptr 即是一种常见的智能指针。

包含指针的类需要特别注意复制控制，原因是复制指针时只复制指针中的地址，而不会复制指针指向的对象。

大多数C++类用三种方法之一管理指针成员

（1）不管指针成员。复制时只复制指针，不复制指针指向的对象。当其中一个指针把其指向的对象的空间释放后，其它指针都成了悬浮指针。这是一种极端

（2）当复制的时候，即复制指针，也复制指针指向的对象。这样可能造成空间的浪费。因为指针指向的对象的复制不一定是必要的。

（3） 第三种就是一种折中的方式。利用一个辅助类来管理指针的复制。原来的类中有一个指针指向辅助类，辅助类的数据成员是一个计数器和一个指针（指向原来的）（此为本次智能指针实现方式）。

其实，智能指针的引用计数类似于Java的垃圾回收机制：java的垃圾的判定很简答，如果一个对象没有引用所指，那么该对象为垃圾。系统就可以回收了。

智能指针通常用类模板实现：

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template <class T>

class smartpointer

{

private:

T *_ptr;

public:

smartpointer(T *p) : _ptr(p) //构造函数

{

}

T& operator *() //重载*操作符

{

return *_ptr;

}

T* operator ->() //重载->操作符

{

return _ptr;

}

~smartpointer() //析构函数

{

delete _ptr;

}

};

代码一：

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class Point //基础对象类，要做一个对Point类的智能指针

{

public:

Point(int xVal = 0, int yVal = 0):x(xVal),y(yVal) { }

int getX() const { return x; }

int getY() const { return y; }

void setX(int xVal) { x = xVal; }

void setY(int yVal) { y = yVal; }

private:

int x,y;

};

class RefPtr //辅助类

{//该类成员访问权限全部为private，因为不想让用户直接使用该类

friend class SmartPtr; //定义智能指针类为友元，因为智能指针类需要直接操纵辅助类

RefPtr(Point *ptr):p(ptr), count(1) { }

~RefPtr() { delete p; }

int count; //引用计数

Point *p; //基础对象指针

};

class SmartPtr //智能指针类

{

public:

SmartPtr(Point *ptr):rp(new RefPtr(ptr)) { } //构造函数

SmartPtr(const SmartPtr &sp):rp(sp.rp) { //复制构造函数

++rp->count;

}

SmartPtr& operator=(const SmartPtr& rhs) { //重载赋值操作符

++rhs.rp->count; //首先将右操作数引用计数加1，

if (--rp->count == 0) //然后将引用计数减1，可以应对自赋值

delete rp;

rp = rhs.rp;

return *this;

}

~SmartPtr() { //析构函数

if (--rp->count == 0) //当引用计数减为0时，删除辅助类对象指针，从而删除基础对象

delete rp;

}

private:

RefPtr *rp; //辅助类对象指针

};

int main()

{

Point *p1 = new Point(10, 8);

SmartPtr sp1(p1); //此时sp1.rp->count = 1

SmartPtr sp2(sp1); //首先将sp1.rp->count赋给sp2.rp->count,之后sp2.rp->count++,这时sp1,sp2的rp是同一个对象

Point *p2 = new Point(5, 5);

SmartPtr sp3(p2);

sp3 = sp1;

return 0;

}

代码二：

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#include<iostream>

using namespace std;

// 定义仅由HasPtr类使用的U_Ptr类，用于封装使用计数和相关指针

// 这个类的所有成员都是private，我们不希望普通用户使用U_Ptr类，所以它没有任何public成员

// 将HasPtr类设置为友元，使其成员可以访问U_Ptr的成员

class U_Ptr

{

friend class HasPtr;

int *ip;

size_t use;

U_Ptr(int *p) : ip(p) , use(1)

{

cout << "U_ptr constructor called !" << endl;

}

~U_Ptr()

{

delete ip;

cout << "U_ptr distructor called !" << endl;

}

};

class HasPtr

{

public:

// 构造函数：p是指向已经动态创建的int对象指针

HasPtr(int *p, int i) : ptr(new U_Ptr(p)) , val(i)

{

cout << "HasPtr constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;

}

// 复制构造函数：复制成员并将使用计数加1

HasPtr(const HasPtr& orig) : ptr(orig.ptr) , val(orig.val)

{

++ptr->use;

cout << "HasPtr copy constructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;

}

// 赋值操作符

HasPtr& operator=(const HasPtr&);

// 析构函数：如果计数为0，则删除U_Ptr对象

~HasPtr()

{

cout << "HasPtr distructor called ! " << "use = " << ptr->use << endl;

if (--ptr->use == 0)

delete ptr;

}

// 获取数据成员

int *get_ptr() const

{

return ptr->ip;

}

int get_int() const

{

return val;

}

// 修改数据成员

void set_ptr(int *p) const

{

ptr->ip = p;

}

void set_int(int i)

{

val = i;

}

// 返回或修改基础int对象

int get_ptr_val() const

{

return *ptr->ip;

}

void set_ptr_val(int i)

{

*ptr->ip = i;

}

private:

U_Ptr *ptr; //指向使用计数类U_Ptr

int val;

};

HasPtr& HasPtr::operator = (const HasPtr &rhs) //注意，这里赋值操作符在减少做操作数的使用计数之前使rhs的使用技术加1，从而防止自我赋值

{

// 增加右操作数中的使用计数

++rhs.ptr->use;

// 将左操作数对象的使用计数减1，若该对象的使用计数减至0，则删除该对象

if (--ptr->use == 0)

delete ptr;

ptr = rhs.ptr; // 复制U_Ptr指针

val = rhs.val; // 复制int成员

return *this;

}

int main(void)

{

int *pi = new int(42);

HasPtr *hpa = new HasPtr(pi, 100); // 构造函数

HasPtr *hpb = new HasPtr(*hpa); // 拷贝构造函数

HasPtr *hpc = new HasPtr(*hpb); // 拷贝构造函数

HasPtr hpd = *hpa; // 拷贝构造函数

cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;

hpc->set_ptr_val(10000);

cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;

hpd.set_ptr_val(10);

cout << hpa->get_ptr_val() << " " << hpb->get_ptr_val() << endl;

delete hpa;

delete hpb;

delete hpc;

cout << hpd.get_ptr_val() << endl;

return 0;

}

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