Make_shared - 自己的实现

我正在尝试自己实现shared_ptr。我有以下问题make_shared。主要特点是std::make_shared它在连续的内存块中分配计数器块和对象。我怎样才能做同样的事情？

我尝试做类似的事情：

template<class T>
class shared_ptr
{
private:
    class _ref_cntr
    {
    private:
        long counter;

    public:
        _ref_cntr() :
            counter(1)
        {
        }

        void inc()
        {
            ++counter;
        }

        void dec()
        {
            if (counter == 0)
            {
                throw std::logic_error("already zero");
            }

            --counter;
        }

        long use_count() const
        {
            return counter;
        }
    };

    template<class _T>
    struct _object_and_block
    {
        _T object;
        _ref_cntr cntr_block;

        template<class ... Args>
        _object_and_block(Args && ...args) :
            object(args...)
        {
        }
    };

    T* _obj_ptr;
    _ref_cntr* _ref_counter;

    void _check_delete_ptr()
    {
        if (_obj_ptr == nullptr)
        {
            return;
        }

        _ref_counter->dec();

        if (_ref_counter->use_count() == 0)
        {
            _delete_ptr();
        }

        _obj_ptr = nullptr;
        _ref_counter = nullptr;
    }

    void _delete_ptr()
    {
        delete _ref_counter;
        delete _obj_ptr;
    }

    template<class _T, class ... Args>
    friend shared_ptr<_T> make_shared(Args && ... args);

public:
    shared_ptr() :
        _obj_ptr(nullptr),
        _ref_counter(nullptr)
    {
    }

    template<class _T>
    explicit shared_ptr(_T* ptr)
    {
        _ref_counter = new counter_block();
        _obj_ptr = ptr;
    }

    template<class _T>
    shared_ptr(const shared_ptr<_T> & other)
    {
        *this = other;
    }

    template<class _T>
    shared_ptr<T> & operator=(const shared_ptr<_T> & other)
    {
        _obj_ptr = other._obj_ptr;
        _ref_counter = other._ref_counter;

        _ref_counter->inc();

        return *this;
    }

    ~shared_ptr()
    {
        _check_delete_ptr();
    }

};

template<class T, class ... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args)
{
    shared_ptr<T> ptr;
    auto tmp_object = new shared_ptr<T>::_object_and_block<T>(args...);
    ptr._obj_ptr = &tmp_object->object;
    ptr._ref_counter = &tmp_object->cntr_block;

    return ptr;
}

但是当我删除对象和计数器块时，会发生无效堆块异常。

N.B. _T is a 保留名称 https://stackoverflow.com/q/228783/981959并且您不得将其用于您自己的类型/变量/参数等的名称。

问题就在这里：

void _delete_ptr()
{
    delete _ref_counter;
    delete _obj_ptr;
}

这是错误的make_shared情况是因为您没有分配两个单独的对象。

采取的方法是make_shared在 Boost 和 GCC 中shared_ptr就是使用新的派生类型控制块，它在基类中包含引用计数，并为派生类型中的托管对象添加存储空间。如果你做_ref_cntr负责通过虚拟函数删除对象，然后派生类型可以覆盖该虚拟函数以执行不同的操作（例如，仅使用显式析构函数调用来销毁对象而不释放存储）。

如果你给_ref_cntr然后是一个虚拟析构函数delete _ref_counter将正确地破坏派生类型，因此它应该变成这样：

void _delete_ptr()
{
    _ref_counter->dispose();
    delete _ref_counter;
}

虽然如果您不打算添加weak_ptr支持，那么就不需要将托管对象和控制块的销毁分开，您可以让控制块的析构函数同时执行这两项操作：

void _delete_ptr()
{
    delete _ref_counter;
}

您当前的设计无法支持一个重要属性shared_ptr，这就是template<class Y> explicit shared_ptr(Y* ptr)构造函数必须记住原始类型ptr并在其上调用删除，而不是在_obj_ptr（已转换为T*）。请参阅note http://www.boost.org/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm#pointer_constructor在相应构造函数的文档中boost::shared_ptr。为了使这项工作发挥作用_ref_cntr需要使用类型擦除来存储原始指针，与_obj_ptr in the shared_ptr对象，使得_ref_cntr::dispose()可以删除正确的值。设计上的改变也需要支持别名构造函数 http://www.boost.org/doc/libs/1_57_0/libs/smart_ptr/shared_ptr.htm#aliasing_constructor.

class _ref_cntr
{
private:
    long counter;

public:
    _ref_cntr() :
        counter(1)
    {
    }

    virtual ~_ref_cntr() { dispose(); }

    void inc()
    {
        ++counter;
    }

    void dec()
    {
        if (counter == 0)
        {
            throw std::logic_error("already zero");
        }

        --counter;
    }

    long use_count() const
    {
        return counter;
    }

    virtual void dispose() = 0;
};

template<class Y>
struct _ptr_and_block : _ref_cntr
{
    Y* _ptr;
    explicit _ptr_and_block(Y* p) : _ptr(p) { }
    virtual void dispose() { delete _ptr; }
};

template<class Y>
struct _object_and_block : _ref_cntr
{
    Y object;

    template<class ... Args>
    _object_and_block(Args && ...args) :
        object(args...)
    {
    }

    virtual void dispose() { /* no-op */ }
};

通过这样的设计，make_shared变成：

template<class T, class ... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args)
{
    shared_ptr<T> ptr;
    auto tmp_object = new shared_ptr<T>::_object_and_block<T>(args...);
    ptr._obj_ptr = &tmp_object->object;
    ptr._ref_counter = tmp_object;

    return ptr;
}

So _ref_counter指向分配的控制块，当你这样做时delete _ref_counter这意味着你有一个正确匹配的new/delete分配和释放同一对象的对，而不是使用创建一个对象new然后尝试delete两个不同的对象。

To add weak_ptr支持您需要向控制块添加第二个计数，并将调用移至dispose()在析构函数之外，因此当第一个计数变为零时（例如，在dec()）并且仅在第二个计数变为零时调用析构函数。然后，以线程安全的方式完成所有这一切会增加很多微妙的复杂性，这将比这个答案花费更长的时间来解释。

另外，这部分的实现是错误的并且会泄漏内存：

void _check_delete_ptr()
{
    if (_obj_ptr == nullptr)
    {
        return;
    }

可以构造一个shared_ptr带有空指针，例如shared_ptr<int>((int*)nullptr)，在这种情况下构造函数将分配一个控制块，但是因为_obj_ptr为 null 你将永远不会删除控制块。