輕量級基於引用計數的智能指針(Smart Pointer)

oddmam

Smart Pointer

概述

本實現包含兩种指針: 強指針 strong_ptr 和 弱指針 weak_ptr。基本上可以替換 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr.

強指針對象持有物件的指針並增加“強”引用計數；當強指針對象析搆時，“強”引用計數自減；當“強”引用計數自減到 0 時，強指針對象釋放物件實體。

弱指針對象不負責管理所持有物件的生命周期, 它僅僅維護著一個“弱”引用計數, 並在需要時從自身生成一個強指針. 弱指針的存在是爲了避免因循環引用 (circular references) 而導致智能指針持有的物件無法釋放的情況出現。

本實現不是“多綫程安全”的，用戶必須自己處理多綫程環境的各種加鎖和解鎖工作。

實現細節

1. 簡單的類 ref_count 用於實現對“強”引用計數和“弱”引用計數的操作。

2. 基類 base_ptr 實現了強指針和弱指針的絕大部分邏輯，這個類是強指針和弱指針共同的基類。有兩個成員變量，ref_count 對象實體指針 m_counter 和 raw 物件指針。這個類的關鍵點有四:

   (1) 在非零的 raw 物件指針傳入到構造函數時，持有該指針，並創建 ref_count 對象實體指針 m_counter 成員變量，此時“強”引用計數為 1，而“弱”引用計數為 0。

   (2) 在“拷貝構造函數”的參數裏傳入強指針或弱指針對象時，調用 acquire 函數。

   (3) acquire 函數裏完成兩件事: 持有傳入的 ref_count 對象指針，增加“強”引用計數或“弱”引用計數；持有傳入的 raw 物件指針。

   (4) 在 base_ptr 對象析搆時，調用最關鍵的 release 函數。release 函數針對自身 base_ptr 對象是強指針還是弱指針決定“強”引用計數或“弱”引用計數的自減。當“強”引用計數為 0 時，釋放（delete）持有的物件。繼續下一步的判斷，當“強”引用計數和“弱”引用計數都為 0 時，釋放（delete）ref_count 對象實體指針 m_counter。然後將 raw 物件指針 m_ptr 和 m_counter 變量歸零。

3. strong_ptr 類基本上就是轉發 base_ptr 基類的操作。weak_ptr 類與 strong_ptr 類似，主要不同點就是將對 raw 物件指針的直接操作屏蔽掉。

支持微軟 COM 指針

通過專門實現的内存管理器 com_mem_mgr 模版類可以實現對 COM 指針的封裝, 該封裝對 COM 指針自身的引用計數只是在首次持有時增加 1, 在最終釋放時減 1, 中間其餘時間的操作只是通過類 strong_ptr 的引用計數來維護。

爲了避免我們在使用 strong_ptr 時錯誤地調用了 COM 指針的函數 AddRef 和 Release, 特意提供 _NoAddRefReleaseOnComPtr 類以阻止這種事情的發生。

測試平臺

通過

Visual Studio 2003/2005/2008/2010/2012/2013
clang - llvm (XCode)
gcc (MinGW)

未通過

Visual Studio 6