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shared_ptr 实现

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shared_ptr 相关类 shared_ptr 成员函数 shared_ptr 实现分析 相关技术文章

1. 前言

在C++中，shared_ptr是一个智能指针，用于管理堆上分配的对象。它允许多个对象共享对同一块内存的访问权，并且会在所有对象都释放后自动释放这块内存。

shared_ptr的实现相对复杂，它需要用到原子操作、引用计数和虚函数表等技术。在本文中，我们将通过GCC 4.9的源代码来分析shared_ptr的实现。

2. shared_ptr 相关类

在shared_ptr的实现中，主要涉及到以下几个类：

  • shared_ptr：这是一个模板类，用于管理堆上分配的对象。
  • weak_ptr：这是一个模板类，用于管理对shared_ptr对象的弱引用。
  • enable_shared_from_this：这是一个基类，允许派生类通过调用enable_shared_from_this::shared_from_this()方法来创建一个指向自身的shared_ptr对象。

3. shared_ptr 成员函数

shared_ptr的成员函数主要包括：

  • shared_ptr(T* ptr)：创建一个指向ptr对象的shared_ptr对象。
  • shared_ptr(nullptr_t)：创建一个空的shared_ptr对象。
  • ~shared_ptr()：析构shared_ptr对象，并释放指向的对象的内存。
  • T* get()：返回指向对象的指针。
  • T& operator*()：返回对对象的引用。
  • T* operator->()：返回对对象的指针。
  • int use_count()：返回指向对象的shared_ptr对象的数量。
  • bool unique()：如果指向对象的shared_ptr对象只有一个，则返回true，否则返回false。
  • void reset(T* ptr)：将shared_ptr对象指向ptr对象。
  • void swap(shared_ptr& other)：交换shared_ptr对象指向的对象。

4. shared_ptr 实现分析

shared_ptr的实现主要涉及到原子操作、引用计数和虚函数表等技术。

4.1 原子操作

在shared_ptr的实现中，使用了原子操作来保证引用计数的正确性。原子操作可以保证在多线程环境下，对共享数据的操作是原子的，即不会被中断。

在GCC 4.9中，使用了__atomic_*()函数来实现原子操作。例如，__atomic_add()函数可以将一个值原子地添加到另一个值上。

4.2 引用计数

shared_ptr使用引用计数来管理指向对象的shared_ptr对象的数量。当一个shared_ptr对象被创建时，对象的引用计数会增加1。当一个shared_ptr对象被销毁时，对象的引用计数会减少1。当对象的引用计数为0时，对象会被释放。

在GCC 4.9中，对象的引用计数存储在一个名为__shared_count的字段中。__shared_count是一个原子整数，因此可以在多线程环境下安全地访问。

4.3 虚函数表

shared_ptr的实现还使用了虚函数表。虚函数表是一个指针数组，其中存储着对象的虚函数地址。当一个shared_ptr对象被销毁时，它会调用对象的析构函数。析构函数的地址存储在虚函数表中，因此可以通过虚函数表找到对象的析构函数并调用它。

在GCC 4.9中，虚函数表存储在一个名为__vptr的字段中。__vptr是一个指针，指向虚函数表。

5. 相关技术文章

总结

shared_ptr是一个非常复杂的类，它的实现涉及到原子操作、引用计数和虚函数表等技术。通过分析GCC 4.9的源代码，我们可以了解shared_ptr的实现原理。