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手撸一个智能指针
估计大家面试过程中应该都会被问到C++11的shared_ptr是如何实现的，大家应该都能答出来引用计数的概念，但是如果要让你手写一个shared_ptr，你能写出来吗？
最近，我写了一个简单的shared_ptr，在这里分享一波。
首先定义一个主管引用计数的类：
class SharedCount { public: SharedCount() : count_{1} {}
void add() { ++count_; }
void minus() { --count_; }
int get() const { return count_; }
private: std::atomic<int> count_;};然后就是SharedPtr类，首先在构造函数中创建SharedCount的对象：
template <typename T>class SharedPtr { public: SharedPtr(T* ptr) : ptr_{ptr}, ref_count_{new SharedCount} {}
SharedPtr() : ptr_{nullptr}, ref_count_{new SharedCount} {}
private: T* ptr_; SharedCount* ref_count_;};通过构造函数创建出来的SharedPtr引用计数肯定是1，那析构函数怎么实现？无非就是将引用计数减1，如果引用计数最终减到0，则释放所有指针：
template <typename T>class SharedPtr { public: ~SharedPtr() { clean(); }
private: void clean() { if (ref_count_) { ref_count_->minus(); if (ref_count_->get() == 0) { if (ptr_) delete ptr_; delete ref_count_; } } }};然后就是智能指针的关键部分，即在拷贝构造和拷贝赋值的时候将引用计数+1：
template <typename T>class SharedPtr { public: SharedPtr(const SharedPtr& p) { this->ptr_ = p.ptr_; this->ref_count_ = p.ref_count_; ref_count_->add(); }
SharedPtr& operator=(const SharedPtr& p) { clean(); this->ptr_ = p.ptr_; this->ref_count_ = p.ref_count_; ref_count_->add(); return *this; }};处理了拷贝语义，还需要处理移动语义，即实现移动构造和移动赋值函数：
template <typename T>class SharedPtr { public: SharedPtr(SharedPtr&& p) { this->ptr_ = p.ptr_; this->ref_count_ = p.ref_count_; p.ptr_ = nullptr; p.ref_count_ = nullptr; }
SharedPtr& operator=(SharedPtr&& p) { clean(); this->ptr_ = p.ptr_; this->ref_count_ = p.ref_count_; p.ptr_ = nullptr; p.ref_count_ = nullptr; return *this; }};在移动语义中，引用计数保持不变，同时清空原参数中的指针。
关于共享指针，到这里基本逻辑都已经实现完成，但还需要补充获取裸指针、获取引用计数等接口：
template <typename T>class SharedPtr { public: int use_count() { return ref_count_->get(); }
T* get() const { return ptr_; }
T* operator->() const { return ptr_; }
T& operator*() const { return *ptr_; }
operator bool() const { return ptr_; }
private: T* ptr_; SharedCount* ref_count_;};这样一个完整的智能指针大体已经实现完成，运行一下看看：
struct A { A() { std::cout << "A() \n"; } ~A() { std::cout << "~A() \n"; }};
void test_simple_shared() { A* a = new A; SharedPtr<A> ptr(a); { std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<A> b = ptr; std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<A> c = ptr; std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<A> d = std::move(b); std::cout << ptr.use_count() << std::endl; } std::cout << ptr.use_count() << std::endl;}
int main() { test_simple_shared(); }结果为：
A()12331~A()基本的shared_ptr完成后，再来写点有意思的，不知道大家有没有用过这几个指针转换函数：
template<class T, class U>std::shared_ptr<T> static_pointer_cast(const std::shared_ptr<U>& r) noexcept;
template<class T, class U>std::shared_ptr<T> const_pointer_cast(const std::shared_ptr<U>& r) noexcept;
template<class T, class U>std::shared_ptr<T> dynamic_pointer_cast(const std::shared_ptr<U>& r) noexcept;
template<class T, class U>std::shared_ptr<T> reinterpret_pointer_cast(const std::shared_ptr<U>& r) noexcept;我默认大家已经知道这几个函数的作用，这里直接研究一下它的实现：
template <typename T>class SharedPtr { public: private: template <typename U> SharedPtr(const SharedPtr<U>& p, T* ptr) { this->ptr_ = ptr; this->ref_count_ = p.ref_count_; ref_count_->add(); }
T* ptr_; SharedCount* ref_count_;};
template <typename T, typename U>SharedPtr<T> static_pointer_cast(const SharedPtr<U>& p) { T* ptr = static_cast<T*>(p.get()); return SharedPtr<T>(p, ptr);}SharedPtr<T>和SharedPtr<U>不是一个类，所以上面的代码会稍微有点问题，p无法访问它的private成员变量ref_count，那怎么解决呢？上友元：
template <typename T>class SharedPtr { public: template <typename U> friend class SharedPtr;};上面的代码还是有问题，因为SharedPtr(const SharedPtr<U>& p, T* ptr)是private，static_pointer_cast无法访问，有两种办法，一是变成public，二是友元，这里还是友元更合理些，添加友元后的代码如下：
template <typename T>class SharedPtr { public: template <typename U> friend class SharedPtr;
template <typename K, typename U> friend SharedPtr<K> static_pointer_cast(const SharedPtr<U>& p);
private: template <typename U> SharedPtr(const SharedPtr<U>& p, T* ptr) { this->ptr_ = ptr; this->ref_count_ = p.ref_count_; ref_count_->add(); }
T* ptr_; SharedCount* ref_count_;};
template <typename T, typename U>SharedPtr<T> static_pointer_cast(const SharedPtr<U>& p) { T* ptr = static_cast<T*>(p.get()); return SharedPtr<T>(p, ptr);}再测试一下：
struct A { A() { std::cout << "A() \n"; } ~A() { std::cout << "~A() \n"; }};
struct B : A { B() { std::cout << "B() \n"; } ~B() { std::cout << "~B() \n"; }};
void test_cast_shared() { B* a = new B; SharedPtr<B> ptr(a); { std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<A> b = static_pointer_cast<A>(ptr); std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<B> c = ptr; std::cout << ptr.use_count() << std::endl; SharedPtr<B> d = ptr; std::cout << ptr.use_count() << std::endl; } std::cout << ptr.use_count() << std::endl;}
int main() { test_cast_shared(); }结果为：
A()B()12341~B()~A()上面只实现了static_pointer_cast，其他xxx_pointer_cast的原理类似，大家应该也明白了吧。
C++还有个unique_ptr，这个相对于shared_ptr就简单多了，表示unique语义，没有引用计数的概念，因为不允许拷贝，原理就是禁止调用拷贝构造函数和拷贝赋值函数，直接贴代码吧：
template <typename T>class UniquePtr { public: UniquePtr(T* ptr) : ptr_{ptr} {}
UniquePtr() : ptr_{nullptr} {}
UniquePtr(const UniquePtr& p) = delete; UniquePtr& operator=(const UniquePtr& p) = delete;
UniquePtr(UniquePtr&& p) { this->ptr_ = p.ptr_; p.ptr_ = nullptr; }
UniquePtr& operator=(UniquePtr&& p) { clean(); this->ptr_ = p.ptr_; p.ptr_ = nullptr; return *this; }
T* get() const { return ptr_; }
T* operator->() const { return ptr_; }
T& operator*() const { return *ptr_; }
operator bool() const { return ptr_; }
~UniquePtr() { clean(); }
private: void clean() { if (ptr_) delete ptr_; }
T* ptr_;};重点其实只有这两个delete：
template <typename T>class UniquePtr { public: UniquePtr(const UniquePtr& p) = delete; UniquePtr& operator=(const UniquePtr& p) = delete;};到这里已经实现了一个简单的shared_ptr和unique_ptr，希望对大家有所帮助，完整代码见这里：
https://github.com/chengxumiaodaren/cpp-learning/blob/master/src/test_shared_ptr.cc
也可点击原文！
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