讲师中心 微信公众号
AI工具推荐 视频效率加速

C++如何实现基于引用计数的自定义智能指针类?(底层原理剖析)

风芳同学_3278

风芳同学_3278

发布时间:2026-03-12 18:20:31

|

933人浏览过

|

来源于php中文网

原创

std::shared_ptr不能直接复刻,因其引用计数依赖独立分配的控制块(含ref_count、weak_count、删除器等),多个实例必须共享同一控制块;手写若仅用局部int会导致重复释放,且控制块需动态分配、生命周期独立于对象本身。

c++如何实现基于引用计数的自定义智能指针类?(底层原理剖析)

为什么 std::shared_ptr 不能直接复刻?

因为它的引用计数不是裸存的整数,而是和对象内存布局强耦合:控制块(control block)通常单独分配,同时管理引用计数、弱引用计数、删除器和自定义分配器。自己手写时若只在指针类里放一个 int,会立刻踩坑——多个 shared_ptr 指向同一对象但各自维护计数,析构时重复释放。

  • 真正共享的必须是同一块控制内存,不是同一变量
  • 控制块需支持多线程安全递增/递减(std::atomic_int 是底线)
  • 构造时若传入原始指针,控制块要和对象内存分离;若用 make_shared 风格,则控制块和对象可合并分配(但实现更复杂)

最简可用版:单线程 + 分离控制块

先抛开线程安全和优化,聚焦引用计数逻辑本身。核心是让所有指向同一对象的智能指针,共享同一个控制块实例。

template<typename T>
class my_shared_ptr {
    T* ptr_;
    struct control_block {
        int ref_count;
        int weak_count;
        T* obj;
        control_block(T* p) : ref_count(1), weak_count(1), obj(p) {}
        ~control_block() { delete obj; }
    };
    control_block* cb_;
<p>public:
explicit my_shared<em>ptr(T* p = nullptr) : ptr</em>(p), cb_(p ? new control_block(p) : nullptr) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>my_shared_ptr(const my_shared_ptr& other) : ptr_(other.ptr_), cb_(other.cb_) {
    if (cb_) ++cb_->ref_count;
}

my_shared_ptr& operator=(const my_shared_ptr& other) {
    if (this != &other) {
        release();
        ptr_ = other.ptr_;
        cb_ = other.cb_;
        if (cb_) ++cb_->ref_count;
    }
    return *this;
}

~my_shared_ptr() { release(); }

private: void release() { if (cb && --cb->refcount == 0) { delete cb; } ptr = nullptr; cb = nullptr; } };

注意:control_block 必须动态分配,且生命周期独立于 T 对象本身;release() 中判空和原子操作缺失,仅适用于单线程场景。

reset() 和 swap() 容易漏掉控制块管理

这两个成员函数看似简单,但实际是引用计数逻辑的“压力测试点”。漏处理控制块,轻则内存泄漏,重则 double-delete。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载

立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;

  • reset(T* p) 必须先释放当前资源,再为新指针新建控制块(或复用已有)
  • swap(my_shared_ptr& other) 只交换 ptr_ 和 cb_,不碰计数——否则会破坏共享语义
  • 尤其当 reset(nullptr) 时,cb_ 的 weak_count 还可能非零(有 weak_ptr 存在),此时不能删控制块,只能减 ref_count

为什么别急着加线程安全?

加 std::atomic_int 不等于线程安全。引用计数的原子性只是基础,真正难的是控制块生命周期与指针访问的竞态:比如一个线程刚读完 ptr_,另一个线程就执行了 reset() 并销毁了对象,前者后续解引用就 UB。

  • std::shared_ptr 的线程安全模型很明确:多个 shared_ptr 实例可并发读/写,但对同一对象的非原子访问(如 *ptr)仍需用户自己同步
  • 手写时若盲目加 atomic 却忽略 load-acquire/store-release 语义,可能在弱内存序平台(ARM、RISC-V)上出错
  • 多数真实项目用 std::shared_ptr 就够了;真要自研,优先保证正确性,再考虑性能和并发

控制块的内存布局、弱引用计数的触发时机、自定义删除器的存储方式——这些细节一旦选错,后面改起来比重写还疼。

热门AI工具

更多
咔片AIPPT

一款在线AI演示文稿制作工具,可根据主题和内容需求辅助生成PPT结构与页面,提高演示材料制作效率。

SkildArt
SkildArt Hot

SkildArt是一款AI文本写作工具,一站式 AI 视觉创作平台。

切问学术

切问学术是一款AI论文写作工具,复旦大学NLP团队推出的AI学术智能体。

音述AI
音述AI Hot

一款AI音频处理工具,主要用于音述AI是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区,适合需要提升相关任务效率的用户。

豆包大模型

豆包大模型是一款由字节跳动推出的企业级大语言模型服务平台。

DeepSeek

DeepSeek是一款面向对话、写作、编程和推理场景的AI大模型工具。

WorkBuddy

一款AI办公效率工具,主要用于腾讯云推出的AI原生桌面智能体工作台,适合需要提升相关任务效率的用户。

VibeKnow
VibeKnow Hot

一款AI视频创作工具,主要用于全球首个AI知识视频创作平台,文档、文章、网页,一键生成视频,适合需要提升相关任务效率的用户。

UP简历
UP简历 Hot

一款AI办公效率工具,主要用于基于AI技术的免费在线简历制作工具,适合需要提升相关任务效率的用户。

相关专题

更多
string转int
string转int

在编程中,我们经常会遇到需要将字符串(str)转换为整数(int)的情况。这可能是因为我们需要对字符串进行数值计算,或者需要将用户输入的字符串转换为整数进行处理。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

6379

2023.08.02

int占多少字节
int占多少字节

int占4个字节,意味着一个int变量可以存储范围在-2,147,483,648到2,147,483,647之间的整数值,在某些情况下也可能是2个字节或8个字节,int是一种常用的数据类型,用于表示整数,需要根据具体情况选择合适的数据类型,以确保程序的正确性和性能。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

3105

2024.08.29

c++怎么把double转成int
c++怎么把double转成int

本专题整合了 c++ double相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

3988

2025.08.29

C++中int的含义
C++中int的含义

本专题整合了C++中int相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

2765

2025.08.29

c++怎么把double转成int
c++怎么把double转成int

本专题整合了 c++ double相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

3988

2025.08.29

C++中int、float和double的区别
C++中int、float和double的区别

本专题整合了c++中int和double的区别,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

764

2025.10.23

javascriptvoid(o)怎么解决
javascriptvoid(o)怎么解决

javascriptvoid(o)的解决办法:1、检查语法错误;2、确保正确的执行环境;3、检查其他代码的冲突;4、使用事件委托;5、使用其他绑定方式;6、检查外部资源等等。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

636

2023.11.23

java中void的含义
java中void的含义

本专题整合了Java中void的相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

371

2025.11.27

OpenJDK JVM参数怎么调优
OpenJDK JVM参数怎么调优

Java应用运行缓慢,如何调整JVM参数?本专题介绍OpenJDK JVM性能调优的基本流程,涵盖性能指标确认、运行数据采集、内存配置和垃圾回收分析,帮助你先定位瓶颈,再通过对照测试验证效果,避免直接套用参数而影响应用稳定性。

80

2026.10.16

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
C++ Core Guidelines
C++ Core Guidelines

共0课时 | 0人学习

C++ Reference
C++ Reference

共0课时 | 0人学习

C++ 官方标准说明
C++ 官方标准说明

共0课时 | 0人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn