參考自《C5-C++ Primer》和實驗樓相關實驗。

一. 智慧指標概念

• 智慧指標的引入：

C++中，通過new/delete這對運算子進行動態記憶體的管理。動態記憶體使用很容易出問題，因為確保在正確時間釋放記憶體是很困難的。有時忘記釋放記憶體，產生記憶體洩漏；有時在指標還引用記憶體時就釋放了它，產生引用非法記憶體的指標。因此，為了更容易和安全地使用動態記憶體，C++11提供了智慧指標(smart pointer)型別來管理動態物件。

• 智慧指標的使用：

所謂的智慧指標，首先它是一個指標，所以能指向記憶體資源；然後它區別於一般的指標，它是智慧的，而所謂的智慧是指它：1.能夠自動的幫你釋放記憶體，2.還能夠知道什麼時候釋放記憶體才是安全的。

標準提供兩種智慧指標：shared_ptr允許多個指標指向同一個物件；unique_ptr獨佔所指物件；weak_ptr指向shared_ptr所管理的物件。本實驗主要實現shared_ptr的功能。

• 智慧指標的實現原理：

C++中智慧指標的實現主要依賴於兩個技術概念：
1. 解構函式，物件被銷燬時會被呼叫的一個函式，對於基於棧的物件而言，如果物件離開其作用域則物件會被自動銷燬，而此時解構函式也自動會被呼叫。

2. 引用計數技術，維護一個計數器用於追蹤資源(如記憶體)的被引用數，當資源被引用時，計數器值加1，當資源被解引用時，計算器值減1。

智慧指標的大致實現原理就是在解構函式中，檢查所引用物件的引用計數，如果引用計數為0，則真正釋放該物件記憶體。

二. 實現版本v1

• 定義智慧指標類
• 建立建構函式：具備預設建構函式；指定型別建構函式
• 定義為模板類
• 解構函式：釋放記憶體

實現智慧指標：標頭檔案 smartpointer.h

/* 
* file name : smartpointer.h
* desp : 智慧指標版本v1
*/
#ifndef __SMARTPOINTER_H__
#define __SMARTPOINTER_H__

template <typename T>  // 將智慧指標類定義成模板類
class SmartPointer {
public:
    // 預設建構函式
    SmartPointer():mPointer(NULL) {std::cout <<"create unknown smart pointer."<< std::endl;}    
    // 接收不同指標型別的建構函式
    SmartPointer(T *p):mPointer(p) {std::cout <<"create smart pointer at "<<static_cast<const void*>(p)<<std::endl;}     
    // 解構函式
    ~SmartPointer(){
        std::cout << "release smart pointer at "<<static_cast<const void*>(mPointer)<<std::endl;
        // 實現記憶體資源自動銷燬機制
        if (mPointer) delete mPointer;
    }
private:
    T *mPointer; // 指向智慧指標實際對應的記憶體資源，根據引數自動推導規則，定義內部資源指標型別
};
#endif // __SMARTPOINTER_H__
 

測試智慧指標：測試檔案 sptestcase1.cpp

/* 
* file name : sptestcase1.cpp
* desp : 智慧指標測試程式碼 case1 測試智慧指標的建立與銷燬
*/

#include <iostream>
#include "smartpointer.h"
class SomeClass{
public:
    SomeClass(){std::cout << "SomeClass default constructor !"<<std::endl;}
};

void testcase1()
{
    // 建立一個不知所指的智慧指標
    SmartPointer<char> spunknown;
    // 建立空智慧指標
    SmartPointer<char> spnull = NULL;
    // 建立指向具體類的智慧指標
    SmartPointer<SomeClass> spclass = new SomeClass;
    // 建立字串的智慧指標
    SmartPointer<const char> spstr = "Hello world!";  
}

int main(void)
{
    testcase1();
    return 0;
}

編譯執行：

$ g++ -o sptestcase1 sptestcase1.cpp
$ ./sptestcase1

執行結果分析：

• V1版本不足

簡單實現智慧指標類，智慧指標釋放指向“hello world”指標時出錯。我們的智慧指標不能指向無法被delete釋放的記憶體資源。

三. 知識點查漏補缺

• new的不同用法

（1）int *p=new int;//無初始化
（2）int *p=new int(5);//初始化為5
（3）建立類  Test *test=new Test();  delete test;//加括號呼叫沒有引數的建構函式，不加括號呼叫預設建構函式或唯一的建構函式
（4）int *p=new int[10];//開闢容量為10的陣列  delete []p;

• 類模板

//類的定義
template<class T>
class Test
{
private:
    T n;
    const T i;
public:
    Test():i(0) {}
    Test(T k);
    ~Test(){}

    void print();
    T operator+(T x);
};
//類的使用
類名<實際的型別> eg.Test<int> test;//宣告一個物件 

• staic_cast<const void *>(p)

//地址？轉換型別？ 

我們這裡定義的是模版類，因為不知道這個指標的具體型別。使用使用了const void *。

 const void * p 這是定義了一個指標p，p可以指向任意型別的值，但它指向的值必須是常量。在這種情況下，我們不能修改被指向的物件，但可以使指標指向其他物件。