一个通用的 C++ 模板类，用于实现智能指针

引言

智能指针在 C++ 世界中被广泛使用，以避免内存中留下悬空指针。智能指针通常有两个主要目标：一是使编程更安全，二是使编程更容易。它们是类似于普通指针的对象，但提供了更强大的内存管理功能。通常在 C++ 中，智能指针是以模板形式提供的，我们可以直接从模板构造一个引用我们类的智能指针。即使在复杂的 COM 程序中，智能指针也被广泛用于避免容易出现内存泄漏的代码。重载 `->` 运算符对于创建智能指针很有用。这使得对象像指针一样工作，并且在通过它们访问对象时执行一些额外操作。同样，`*` 运算符也可以被重载，以便在任何给定时刻返回指针。STL 还提供了 `auto_ptr` 模板，可以实现平滑的内存处理。除了重载 `=`、`*` 和 `->` 运算符外，它还提供了获取和释放引用的函数。同样，Microsoft ATL 和 COM 也提供了智能指针的构造。智能指针支持以下三个主要方面，有助于提高客户端 COM 程序的质量：

• 构造和析构 - 智能接口指针的构造可以很简单，只需初始化指针为 null，也可以很复杂，比如调用 `CoCreateInstance` 来检索对所请求接口的指针。通常，智能指针类的构造函数会被重载以支持所有这些不同的功能。智能接口指针的析构函数可以自动调用 `Release`。
• 复制和赋值 - 智能指针可以重载赋值运算符（=），因此任何复制指针的尝试都会自动调用 `AddRef`，从而减轻程序员的引用计数负担。
• 解引用 - 最后，智能指针类可以重载间接运算符（*）来执行一些基本的错误检查，确保内部的“普通”指针不是 null 或以其他方式无效。

为什么要编写自己的智能指针？

在 C++ 中处理内存通常是一项痛苦的任务。与 Java 不同，C++ 没有垃圾回收的概念，可以自动释放其引用为 `NULL` 后的内存。在 C++ 中，内存的释放责任在于分配者，否则程序会消耗堆。这通常发生在程序员使用 `new` 分配内存但使用完毕后没有跟着调用 `delete` 的情况下。处理这种情况的一种方法是编写一个通用模板类，该类将自动删除分配的内存。最重要的是，每个人都会对编写自己的智能指针感兴趣。这有助于更好地理解智能指针的概念及其内部工作原理。既然有一种方法可以提交自己的智能指针，为什么不尝试一下，看看它实际上是如何工作的呢？在实现智能指针模板之前，让我们考虑下面的示例，该示例将解释内存泄漏通常是如何发生的。

//A simple class that will allocate memory to a string and 
//display it using a function
#include<iostream.h>
#include<string.h>
class MyClass
{
public:
    //ctor
    MyClass()
    {
        str=new char[255];
    }
    //dtor
    ~MyClass()
    {
        delete[] str;
    }
    //Function to display the string
    void display()
    {
        strcpy(str,"This is a test string");
        cout<<str<<endl;
    }
private:
    char* str;
};

现在，如果您有一个主程序，它实例化了这个类并分配了内存，然后调用了 display 函数。请看下面的代码：

//Main function
void main()
{
    MyClass* pMyClass=new MyClass();
    pMyClass->display();
}

在上面的程序中，您可以看到在调用 `new` 分配内存后没有调用 `delete`。这肯定会导致内存泄漏。由于这是一个小程序，很容易跟踪和删除内存。但在实际情况中，跟踪变得有点困难，因此始终建议编写一个模板，一旦使用完毕，它将帮助您自动释放内存。下面是一个模板类实现，可以帮助您释放内存：

#include<iostream.h>
#include<string.h>

//The template class definition for smart pointer
template<class T>
class AUTO_PTR 
{
public:
    typedef T element_type;
    //ctor
    explicit AUTO_PTR(T *pVal = 0) throw()
    {
        if(pVal)
            m_AutoPtr = pVal;
        else
            m_AutoPtr = NULL;
    }
    //copy ctor
    AUTO_PTR(const AUTO_PTR<T>& ptrCopy) throw()
    {
        if(ptrCopy)
            m_AutoPtr = ptrCopy;
        else
            m_AutoPtr = 0;
    }
    //overloading = operator
    AUTO_PTR<T>& operator=(AUTO_PTR<T>& ptrCopy) throw()
    {
        if(ptrCopy)
            m_AutoPtr = &ptrCopy;
        else
            m_AutoPtr = 0;
        return m_AutoPtr;
    }
    //dtor
    ~AUTO_PTR()
    {
        if(m_AutoPtr)
        {
            delete m_AutoPtr;
        }
    }
    //overloading * operator
    T& operator*() const throw()
    {
        return *m_AutoPtr;
    }
    //overloading -> operator
    T *operator->() const throw()
    {
        return m_AutoPtr;
    }
    //function to get the pointer to the class
    T *get() const throw()
    {
        return m_AutoPtr;
    }
private:
    T *m_AutoPtr;
};

class MyClass
{
public:
    //ctor
    MyClass()
    {
        str=new char[255];
        cout<<"Memory allocated"<<endl;
    }
    //dtor
    ~MyClass()
    {
        delete[] str;
        cout<<"Memory deallocated"<<endl;
    }
    //Function to display the string
    void display()
    {
        strcpy(str,"This is a test string");
        cout<<str<<endl;
    }
private:
    char* str;
};

现在，需要修改 `main()` 函数，使其使用 `AUTO_PTR` 模板类来分配和释放内存。修改后的 `main()` 函数如下所示：

void main()
{
    //Allocate memory to the class MyClass using the template
    AUTO_PTR<MyClass> b=AUTO_PTR<MyClass>(new MyClass);
    //Get the pointer and call the display function
    b.get()->display();
}

上面的程序是如何工作的？

看看 `main` 函数。在那里，使用 `AUTO_PTR` 模板创建了一个 `MyClass` 类型的指针。首先，它进入 `MyClass` 构造函数并根据需要分配内存。然后它进入 `AUTO_PTR` 构造函数，创建一个 `MyClass` 类型的智能指针。该指针用于 `MyClass` 引用的整个生命周期。调用 `get` 函数来获取 `MyClass` 类的引用，然后调用 `display` 函数来显示由该类分配的字符串。一旦使用完引用，它会自动释放分配的内存。如您所知，析构函数是按相反顺序调用的，因此这是按相反顺序发生的。尽管程序从未显式调用 `delete`，但由于智能指针的工作方式是释放内存，因此它首先进入 `AUTO_PTR` 的析构函数来删除 `m_AutoPtr` 指针，然后进入 `MyClass` 类的析构函数来释放分配给字符串变量的内存。因此，在程序结束时，内存被释放了。

上面的例子非常简单。它只是为了展示小的错误如何导致内存泄漏。这可以扩展到在复杂场景中使用该模板。将 `MyClass` 类视为演示模板用法的示例。您可以编写更复杂的类并使用该模板来分配和释放内存。玩得开心，尝试更复杂的类。如有任何疑问，请通过 bkumarp@yahoo.com 联系我。