• 实现简单的weak_ptr

    文章目录

    weak_ptr概念

    My_weak_ptr是一个模板派生类，My_Ptr_base是它的基类

    1. My_weak_ptr模板类没有自己的数据成员，只提供了一些供调用的接口
    2. 只能使用 My_shared_ptr 和 My_weak_ptr 对象来构造 My_weak_ptr对象
    3. My_weak_ptr对象的构造完成只能使_weaks的值加1
    4. My_weak_ptr的生命期结束时，自动调用析构函数，析构函数中会调用计数器的My_Ref_count_base::_Decwref ()函数，weaks的引用计数减1，若_weaks计数为0，就会调用My_Ref_count_base::_Delete_this函数删除计数器对象，注意不能删除资源对象
    5. 没有重载operator *，operator-＞ 函数
    6. 辅助函数：
      • reset 释放被管理对象的所有权。调用后*this不管理对象
      • swap 交换被管理对象，只能与其他weak_ptr对象交换。不调整引用计数
      • use_count() 返回管理该资源对象的shared_ptr指针对象的数量
      • expired() 检查被引用的资源对象是否已删除
      • Iock() 创建管理被引用的对象的shared_ptr，是线程安全的

    My_Ptr_base 类

    template<class T>
class My_Ptr_base {
public:
	using element_type = T;

	My_Ptr_base(const My_Ptr_base&) = delete;
	My_Ptr_base& operator=(const My_Ptr_base&) = delete;

	element_type* get() const {
		return _Ptr;
	}

	long use_count() const {
		return _Rep == nullptr ? 0 : _Rep->_use_count();
	}

protected:
	My_Ptr_base() = default;
	~My_Ptr_base() = default;

	// const My_Ptr_base* this
	void Incref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Incref();
		}
	}

	void Inwcref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Incwref();
		}
	}

	void Decref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Decref();
		}
	}

	void Decwref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Decwref();
		}
	}

	void Ptr_base_Swap(My_Ptr_base& right) {
		std::swap(_Ptr, right._Ptr);
		std::swap(_Rep, right._Rep);
	}

protected:
	// 用shared_ptr构造shared_ptr
	void _Copy_construct_from(const My_shared_ptr<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		this->_Ptr = left._Ptr;
		this->_Rep = left._Rep;
		this->Incref();
	}

	// 用weak_ptr构造shared_ptr
	void _Construct_from_weak(const My_weak_ptr<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		// 如果_Uses为0了，资源对象就释放了，不能用weak_ptr构造shared_ptr
		if (nullptr != left._Rep && left.use_count() > 0) {
			this->_Ptr = left._Ptr;
			this->_Rep = left._Rep;
			this->Incref();
		}
	}

	// 用weak_ptr和shared_ptr进行拷贝构造weak_ptr
	// 因为weak_ptr可以通过weak_ptr和shared_ptr进行拷贝构造，所以这里形参用My_Ptr_base，可以接收weak_ptr和shared_ptr实参
	void _Weak_Copy_construct_from(const My_Ptr_base<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		// weak_ptr只关心引用计数器是否存活
		if (nullptr != left._Rep) {
			this->_Ptr = left._Ptr;
			this->_Rep = left._Rep;
			this->Inwcref();
		}
	}

	// 移动构造的参数不要用const，否则不能修改参数的成员
	void _Move_construct_from(My_Ptr_base<T>&& right) {
		if (this == &right) {
			return;
		}
		this->_Ptr = right._Ptr;
		this->_Rep = right._Rep;
		right._Ptr = nullptr;
		right._Rep = nullptr;
	}

	template<class T>
	friend class My_weak_ptr;

protected:
	element_type* _Ptr{nullptr};
	My_Ref_count_base* _Rep{ nullptr };
};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80
    • 81
    • 82
    • 83
    • 84
    • 85
    • 86
    • 87
    • 88
    • 89
    • 90
    • 91
    • 92
    • 93
    • 94
    • 95
    • 96
    • 97
    • 98
    • 99
    • 100
    • 101
    • 102
    • 103
    • 104
    • 105
    • 106

    My_weak_ptr的拷贝构造和赋值

    template<class T>
class My_weak_ptr : public My_Ptr_base<T> {
public:
	My_weak_ptr() = default;
	// My_weak_ptr(T* p) {} // 不允许通过资源创建weak_ptr
	My_weak_ptr(const My_weak_ptr<T>& left) {
		this->_Weak_Copy_construct_from(left);
	}
	My_weak_ptr(My_weak_ptr<T>&& right) {
		this->_Move_construct_from(std::move(right)); // right为左值引用变量，本身是一个左值，需要再转换一次
	}
	My_weak_ptr(My_shared_ptr<T>& left) {
		this->_Weak_Copy_construct_from(left);
	}
	My_weak_ptr(My_shared_ptr<T>&& right) = delete;   // 不能把shared_ptr的资源转移给weak_ptr


	My_weak_ptr& operator=(const My_weak_ptr<T>& left) {
		My_weak_ptr(left).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(My_weak_ptr<T>&& right) {
		My_weak_ptr(std::move(right)).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(const My_shared_ptr<T>& left) {
		My_weak_ptr(left).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(My_shared_ptr<T>&& right) = delete; // 不能把shared_ptr的资源转移给weak_ptr

	~My_weak_ptr() {
		this->Decwref();
	}

	void Swap(My_weak_ptr& other) {
		this->Ptr_base_Swap(other);
	}
	
	// 将this置空
	void reset() {
		My_weak_ptr().Ptr_base_Swap(*this);
	}

	bool expired() const {
		return this->use_count() == 0; // My_Ptr_base::use_count()
	}
};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48

    lock方法

    weak_ptr智能观察对象，如果资源存在，可以通过lock方法获得一个管理此资源的shared_ptr，如果不存在，则返回空对象，即不管理任何资源的shared_ptr

    最简易的实现方式如下：

    My_shared_ptr<T> lock() const {
	My_shared_ptr<T> sp; // 空智能指针，不管理任何资源
	sp._Construct_from_weak(*this);
	return sp;
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5

    智能指针并不是线程安全的，比如智能指针的赋值拷贝，首先拷贝指向对象的指针，再使引用次数加减操作，虽然引用次数加减是原子操作，但是指针拷贝和引用次数两步操作并不是原子操作，线程不安全，需要手动加锁解锁

    但是lock方法一定要保证线程安全，怕的就是先判断资源存在，准备将weak_ptr提升成shared_ptr时，资源又被释放了，此时再用已经释放的资源给lock方法即将返回的shared_ptr管理就会出问题

    template<class T>
class My_Ptr_base {
protected:
	// 用weak_ptr构造shared_ptr
	void _Construct_from_weak(const My_weak_ptr<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		// 如果_Uses为0了，资源对象就释放了，不能用weak_ptr构造shared_ptr
		if (nullptr != left._Rep && left.Incref_nz()) {
			// 资源指针不空 && _Uses成功++
			this->_Ptr = left._Ptr;
			this->_Rep = left._Rep;
		}
	}
};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    class My_Ref_count_base {
	public:
		bool Incref_nz() {
			int cnt = _Uses.load();  // load获取当前atomic类的计数值
			while (cnt != 0) {
				// cnt不为0，则有资源
				if (_Uses.compare_exchange_weak(cnt, cnt + 1)) {
					// compare_exchange_weak将_Uses原子值和第1个参数cnt比较，若相等，则把第2个参数cnt+1写入Uses_的原子值，返回true
					// 否则将Uses_的原子值写入第一个参数cnt，返回false
					return true;
				}
			}
			return false;
		}
};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15

    如果线程A调用lock方法，将一个weak_ptr提升成shared_ptr，需要调用My_Ptr_base::_Construct_from_weak，然后执行My_Ref_count_base::Incref_nz增加Uses_引用计数，才能构造新的shared_ptr返回

    如果说线程A执行Incref_nz时，获取Uses_的原子值是1，即cnt为1，资源存在，可以将weak_ptr提升成shared_ptr，于是进入while循环。即将执行if判断时，切换到线程B执行，最后一个shared_ptr释放，Uses_的原子值被修改为0，资源释放（此时weak_ptr提升shared_ptr失败）

    此时切换回线程A执行，用cnt和Uses_的原子值比较发现不相等，就会把Uses_的原子值0写入cnt变量，返回false。此时cnt为0，退出while循环，返回false

    这样就保证了Incref_nz能正确的将Uses_的原子值+1

    完整代码

    class My_Ref_count_base;

template<class T>
class My_Ref_count;

template<class Resource, class Dx>
class My_Ref_count_resource;

template<class T>
class My_Ref_base;

template<class T>
class My_shared_ptr;

template<class T>
class My_weak_ptr;

// 引用计数对象的基类
class My_Ref_count_base {
	public:
		// 派生类无法进行拷贝构造和赋值
		My_Ref_count_base(const My_Ref_count_base&) = delete;
		My_Ref_count_base& operator=(const My_Ref_count_base&) = delete;
		virtual ~My_Ref_count_base() {};        // 虚析构，多态释放

		void _Incref() { _Uses += 1; }
		void _Incwref() { _Weaks += 1; }

		bool Incref_nz() {
			int cnt = _Uses.load();
			while (cnt != 0) {
				if (_Uses.compare_exchange_weak(cnt, cnt + 1)) {
					return true;
				}
			}
			return false;
		}

		void _Decwref() {
			if (--_Weaks == 0) {
				_Delete_this();
			}
		}

		void _Decref() {
			if (--_Uses == 0) {
				// _Uses == 0，删除资源，并将_Weaks--
				_Destroy();
				_Decwref();
			}
		}

		long _use_count() const {
			return _Uses;
		}

	private:
		virtual void _Destroy() = 0;      // 删除资源对象
		virtual void _Delete_this() = 0;  // 删除引用计数器对象本身

		std::atomic_int _Uses{ 1 };
		std::atomic_int _Weaks{ 1 };

	protected:
		My_Ref_count_base() = default;
};

// 无删除器的引用计数类型
template<class T>
class My_Ref_count : public My_Ref_count_base{
public:
	My_Ref_count(T* Px)
		: My_Ref_count_base()
		, _Ptr(Px)
	{}
private:
	// 删除资源对象
	virtual void _Destroy() {
		delete _Ptr;    // 删除单个对象，而不是一组对象
	}

	// 删除引用计数器对象本身
	virtual void _Delete_this() {
		delete this;
	}
private:
	T* _Ptr;
};

template<class T>
class My_Ptr_base {
public:
	using element_type = T;

	My_Ptr_base(const My_Ptr_base&) = delete;
	My_Ptr_base& operator=(const My_Ptr_base&) = delete;

	element_type* get() const {
		return _Ptr;
	}

	long use_count() const {
		return _Rep == nullptr ? 0 : _Rep->_use_count();
	}

protected:
	My_Ptr_base() = default;
	~My_Ptr_base() = default;

	// const My_Ptr_base* this
	void Incref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Incref();
		}
	}

	bool Incref_nz() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			return _Rep->Incref_nz();
		}
	}

	void Inwcref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Incwref();
		}
	}

	void Decref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Decref();
		}
	}

	void Decwref() const {
		if (nullptr != _Rep) {
			_Rep->_Decwref();
		}
	}

	void Ptr_base_Swap(My_Ptr_base& right) {
		std::swap(_Ptr, right._Ptr);
		std::swap(_Rep, right._Rep);
	}

protected:
	// 用shared_ptr构造shared_ptr
	void _Copy_construct_from(const My_shared_ptr<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		this->_Ptr = left._Ptr;
		this->_Rep = left._Rep;
		this->Incref();
	}

	// 用weak_ptr构造shared_ptr
	void _Construct_from_weak(const My_weak_ptr<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		// 如果_Uses为0了，资源对象就释放了，不能用weak_ptr构造shared_ptr
		if (nullptr != left._Rep && left.Incref_nz()) {
			this->_Ptr = left._Ptr;
			this->_Rep = left._Rep;
		}
	}

	// 用weak_ptr和shared_ptr进行拷贝构造weak_ptr
	// 因为weak_ptr可以通过weak_ptr和shared_ptr进行拷贝构造，所以这里形参用My_Ptr_base，可以接收weak_ptr和shared_ptr实参
	void _Weak_Copy_construct_from(const My_Ptr_base<T>& left) {
		if (this == &left) {
			return;
		}
		// weak_ptr只关心引用计数器是否存活
		if (nullptr != left._Rep) {
			this->_Ptr = left._Ptr;
			this->_Rep = left._Rep;
			this->Inwcref();
		}
	}

	// 移动构造的参数不要用const，否则不能修改参数的成员
	void _Move_construct_from(My_Ptr_base<T>&& right) {
		if (this == &right) {
			return;
		}
		this->_Ptr = right._Ptr;
		this->_Rep = right._Rep;
		right._Ptr = nullptr;
		right._Rep = nullptr;
	}

	template<class T>
	friend class My_weak_ptr;

protected:
	element_type* _Ptr{nullptr};
	My_Ref_count_base* _Rep{ nullptr };
};

template<class T>
class My_shared_ptr : public My_Ptr_base<T> {
public:
	explicit My_shared_ptr() = default;
	// explicit My_shared_ptr(nullptr_t) = default;
	explicit My_shared_ptr(T * Px) {
		this->_Ptr = Px;                              // 资源
		this->_Rep = new My_Ref_count<T>(Px);         // 引用计数器
	}

	// My_shared_ptr的拷贝构造，就是需要将资源指针_Ptr和引用计数_Rep指针赋值，然后引用计数++
	My_shared_ptr(const My_shared_ptr<T>& left) {
		this->_Copy_construct_from(left);
	}

	My_shared_ptr(My_shared_ptr<T>&& right) {
		this->_Move_construct_from(std::move(right)); // right为左值引用变量，本身是一个左值，需要再转换一次
	}

	My_shared_ptr(const My_weak_ptr<T>& left) {
		this->_Copy_construct_from(left);
	}

	~My_shared_ptr() {
		this->Decref();
	}

	My_shared_ptr& operator=(const My_shared_ptr<T>& left) {
		My_shared_ptr(left).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_shared_ptr& operator=(My_shared_ptr<T>&& right) {
		My_shared_ptr(std::move(right)).Swap(*this);
		return *this;
	}


	void Swap(My_shared_ptr& right) {
		this->Ptr_base_Swap(right);
	}
	// 将当前对象置空
	void reset() {
		My_shared_ptr().Swap(*this);                // swap后，this有了临时对象的资源，即被置空了，临时对象有了this的资源，出作用域被析构
	}

	void reset(T* Px) {
		My_shared_ptr(Px).Swap(*this);
	}

	T& operator*() const { return *get(); }
	T* operator->() const { return get(); }

	explicit operator bool() const {
		return get() != nullptr;
	}

private:
	using My_Ptr_base<T>::get;
};


template<class T>
class My_weak_ptr : public My_Ptr_base<T> {
public:
	My_weak_ptr() = default;
	// My_weak_ptr(T* p) {} // 不允许通过资源创建weak_ptr
	My_weak_ptr(const My_weak_ptr<T>& left) {
		this->_Weak_Copy_construct_from(left);
	}
	My_weak_ptr(My_weak_ptr<T>&& right) {
		this->_Move_construct_from(std::move(right)); // right为左值引用变量，本身是一个左值，需要再转换一次
	}
	My_weak_ptr(const My_shared_ptr<T>& left) {
		this->_Weak_Copy_construct_from(left);
	}
	My_weak_ptr(My_shared_ptr<T>&& right) = delete;   // 不能把shared_ptr的资源转移给weak_ptr


	My_weak_ptr& operator=(const My_weak_ptr<T>& left) {
		My_weak_ptr(left).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(My_weak_ptr<T>&& right) {
		My_weak_ptr(std::move(right)).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(const My_shared_ptr<T>& left) {
		My_weak_ptr(left).Swap(*this);
		return *this;
	}
	My_weak_ptr& operator=(My_shared_ptr<T>&& right) = delete; // 不能把shared_ptr的资源转移给weak_ptr

	~My_weak_ptr() {
		this->Decwref();
	}

	void Swap(My_weak_ptr& other) {
		this->Ptr_base_Swap(other);
	}
	
	// 将this置空
	void reset() {
		My_weak_ptr().Ptr_base_Swap(*this);
	}

	bool expired() const {
		return this->use_count() == 0; // My_Ptr_base::use_count()
	}

	My_shared_ptr<T> lock() const {
		My_shared_ptr<T> sp; // 空智能指针，不管理任何资源
		sp._Construct_from_weak(*this);
		return sp;
	}
};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80
    • 81
    • 82
    • 83
    • 84
    • 85
    • 86
    • 87
    • 88
    • 89
    • 90
    • 91
    • 92
    • 93
    • 94
    • 95
    • 96
    • 97
    • 98
    • 99
    • 100
    • 101
    • 102
    • 103
    • 104
    • 105
    • 106
    • 107
    • 108
    • 109
    • 110
    • 111
    • 112
    • 113
    • 114
    • 115
    • 116
    • 117
    • 118
    • 119
    • 120
    • 121
    • 122
    • 123
    • 124
    • 125
    • 126
    • 127
    • 128
    • 129
    • 130
    • 131
    • 132
    • 133
    • 134
    • 135
    • 136
    • 137
    • 138
    • 139
    • 140
    • 141
    • 142
    • 143
    • 144
    • 145
    • 146
    • 147
    • 148
    • 149
    • 150
    • 151
    • 152
    • 153
    • 154
    • 155
    • 156
    • 157
    • 158
    • 159
    • 160
    • 161
    • 162
    • 163
    • 164
    • 165
    • 166
    • 167
    • 168
    • 169
    • 170
    • 171
    • 172
    • 173
    • 174
    • 175
    • 176
    • 177
    • 178
    • 179
    • 180
    • 181
    • 182
    • 183
    • 184
    • 185
    • 186
    • 187
    • 188
    • 189
    • 190
    • 191
    • 192
    • 193
    • 194
    • 195
    • 196
    • 197
    • 198
    • 199
    • 200
    • 201
    • 202
    • 203
    • 204
    • 205
    • 206
    • 207
    • 208
    • 209
    • 210
    • 211
    • 212
    • 213
    • 214
    • 215
    • 216
    • 217
    • 218
    • 219
    • 220
    • 221
    • 222
    • 223
    • 224
    • 225
    • 226
    • 227
    • 228
    • 229
    • 230
    • 231
    • 232
    • 233
    • 234
    • 235
    • 236
    • 237
    • 238
    • 239
    • 240
    • 241
    • 242
    • 243
    • 244
    • 245
    • 246
    • 247
    • 248
    • 249
    • 250
    • 251
    • 252
    • 253
    • 254
    • 255
    • 256
    • 257
    • 258
    • 259
    • 260
    • 261
    • 262
    • 263
    • 264
    • 265
    • 266
    • 267
    • 268
    • 269
    • 270
    • 271
    • 272
    • 273
    • 274
    • 275
    • 276
    • 277
    • 278
    • 279
    • 280
    • 281
    • 282
    • 283
    • 284
    • 285
    • 286
    • 287
    • 288
    • 289
    • 290
    • 291
    • 292
    • 293
    • 294
    • 295
    • 296
    • 297
    • 298
    • 299
    • 300
    • 301
    • 302
    • 303
    • 304
    • 305
    • 306
    • 307
    • 308
    • 309
    • 310
    • 311
    • 312
    • 313
    • 314
    • 315
    • 316
  • 相关阅读:
    Vue3 select循环多个，选项option不能重复被选
    10数据结构与算法刷题之【排序算法】篇
    #第九章 子查询课后习题
    #循循渐进学51单片机#IIC总线与EEPROM#not.13
    前端性能优化方法与实战03 案例分析：移动端 M 站性能优化落地注意事项
    10 项目沟通管理
    Linux MinIO 安装与配置(清晰明了)
    MySQL索引的数据结构
    NFS从入门到精通再到放弃
    （5）多机器人集群编队策略
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_42500831/article/details/126938245