Boost源代码学习---shared_ptr.hpp

最近观看Boost库源代码。Boost功能强大的库，但它的许多源代码，十一细读太费时间，毕竟，还有其他东西要学。所以我决定脱脂感兴趣的章节，他们的设计思路和难以理解的地方记录。

shared_ptr是Boost里面最有价值的的智能指针。

它封装了一个原生态指针和一个引用计数器，这个引用计数器是一个类shared_count。shared_ptr支持比較运算，重载了operator<，因此其能够用于set和map。

在转换shared_ptr指针时。用***_pointer_cast定义的函数来转换（返回shared_ptr<T>类型），假设使用static_cast、reinterpret_cast等将会造成shared_ptr无法正确管理指针。

template<class T> class shared_ptr
{
private:

    // Borland 5.5.1 specific workaround
    typedef shared_ptr<T> this_type;

public:

    typedef typename boost::detail::sp_element< T >::type element_type;

    //以下有多种构造函数，为了适应不同情境须要    	

		//默认构造函数。px为指针。pn为计数器（它是一个类shared_count，其默认构造函数设其值为0）
    shared_ptr() BOOST_NOEXCEPT : px( 0 ), pn() // never throws in 1.30+
    {
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_NULLPTR )

    shared_ptr( boost::detail::sp_nullptr_t ) BOOST_NOEXCEPT : px( 0 ), pn() // never throws
    {
    }

#endif

		//用Y类型来初始化。Y可能与T是不同类型
    template<class Y>
    explicit shared_ptr( Y * p ): px( p ), pn() // Y must be complete
    {
        boost::detail::sp_pointer_construct( this, p, pn );
    }

    //
    // Requirements: D's copy constructor must not throw
    //
    // shared_ptr will release p by calling d(p)
    //

    template<class Y, class D> shared_ptr( Y * p, D d ): px( p ), pn( p, d )
    {
        boost::detail::sp_deleter_construct( this, p );
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_NULLPTR )

    template<class D> shared_ptr( boost::detail::sp_nullptr_t p, D d ): px( p ), pn( p, d )
    {
    }

#endif

    // As above, but with allocator. A's copy constructor shall not throw.

    template<class Y, class D, class A> shared_ptr( Y * p, D d, A a ): px( p ), pn( p, d, a )
    {
        boost::detail::sp_deleter_construct( this, p );
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_NULLPTR )

    template<class D, class A> shared_ptr( boost::detail::sp_nullptr_t p, D d, A a ): px( p ), pn( p, d, a )
    {
    }

#endif

//  generated copy constructor, destructor are fine...

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

// ... except in C++0x, move disables the implicit copy

		//复制构造函数，两个shared_ptr共同管理一个指针
    shared_ptr( shared_ptr const & r ) BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn( r.pn )
    {
    }

#endif

    template<class Y>
    explicit shared_ptr( weak_ptr<Y> const & r ): pn( r.pn ) // may throw
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        // it is now safe to copy r.px, as pn(r.pn) did not throw
        px = r.px;
    }

    template<class Y>
    shared_ptr( weak_ptr<Y> const & r, boost::detail::sp_nothrow_tag )
    BOOST_NOEXCEPT : px( 0 ), pn( r.pn, boost::detail::sp_nothrow_tag() )
    {
        if( !pn.empty() )
        {
            px = r.px;
        }
    }

    template<class Y>
#if !defined( BOOST_SP_NO_SP_CONVERTIBLE )

    shared_ptr( shared_ptr<Y> const & r, typename boost::detail::sp_enable_if_convertible<Y,T>::type = boost::detail::sp_empty() )

#else

    shared_ptr( shared_ptr<Y> const & r )

#endif
    BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn( r.pn )
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();
    }

    // aliasing
    template< class Y >
    shared_ptr( shared_ptr<Y> const & r, element_type * p ) BOOST_NOEXCEPT : px( p ), pn( r.pn )
    {
    }

#ifndef BOOST_NO_AUTO_PTR

    template<class Y>
    explicit shared_ptr( std::auto_ptr<Y> & r ): px(r.get()), pn()
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        Y * tmp = r.get();
        pn = boost::detail::shared_count( r );

        boost::detail::sp_deleter_construct( this, tmp );
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    template<class Y>
    shared_ptr( std::auto_ptr<Y> && r ): px(r.get()), pn()
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        Y * tmp = r.get();
        pn = boost::detail::shared_count( r );

        boost::detail::sp_deleter_construct( this, tmp );
    }

#elif !defined( BOOST_NO_SFINAE ) && !defined( BOOST_NO_TEMPLATE_PARTIAL_SPECIALIZATION )

    template<class Ap>
    explicit shared_ptr( Ap r, typename boost::detail::sp_enable_if_auto_ptr<Ap, int>::type = 0 ): px( r.get() ), pn()
    {
        typedef typename Ap::element_type Y;

        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        Y * tmp = r.get();
        pn = boost::detail::shared_count( r );

        boost::detail::sp_deleter_construct( this, tmp );
    }

#endif // BOOST_NO_SFINAE, BOOST_NO_TEMPLATE_PARTIAL_SPECIALIZATION

#endif // BOOST_NO_AUTO_PTR

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_SMART_PTR ) && !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    template< class Y, class D >
    shared_ptr( std::unique_ptr< Y, D > && r ): px( r.get() ), pn()
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        typename std::unique_ptr< Y, D >::pointer tmp = r.get();
        pn = boost::detail::shared_count( r );

        boost::detail::sp_deleter_construct( this, tmp );
    }

#endif

    // assignment
		//重载赋值操作符
    shared_ptr & operator=( shared_ptr const & r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type(r).swap(*this);
        return *this;
    }

#if !defined(BOOST_MSVC) || (BOOST_MSVC >= 1400)

    template<class Y>
    shared_ptr & operator=(shared_ptr<Y> const & r) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type(r).swap(*this);
        return *this;
    }

#endif

#ifndef BOOST_NO_AUTO_PTR

    template<class Y>
    shared_ptr & operator=( std::auto_ptr<Y> & r )
    {
        this_type( r ).swap( *this );
        return *this;
    }

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    template<class Y>
    //&&是C++11的新特性，表示右值引用(能够使用暂时对象）
    shared_ptr & operator=( std::auto_ptr<Y> && r )
    {
        this_type( static_cast< std::auto_ptr<Y> && >( r ) ).swap( *this );
        return *this;
    }

#elif !defined( BOOST_NO_SFINAE ) && !defined( BOOST_NO_TEMPLATE_PARTIAL_SPECIALIZATION )

    template<class Ap>
    typename boost::detail::sp_enable_if_auto_ptr< Ap, shared_ptr & >::type operator=( Ap r )
    {
        this_type( r ).swap( *this );
        return *this;
    }

#endif // BOOST_NO_SFINAE, BOOST_NO_TEMPLATE_PARTIAL_SPECIALIZATION

#endif // BOOST_NO_AUTO_PTR

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_SMART_PTR ) && !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    template<class Y, class D>
    shared_ptr & operator=( std::unique_ptr<Y, D> && r )
    {
        this_type( static_cast< std::unique_ptr<Y, D> && >( r ) ).swap(*this);
        return *this;
    }

#endif

// Move support

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_RVALUE_REFERENCES )

    shared_ptr( shared_ptr && r ) BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn()
    {
        pn.swap( r.pn );
        r.px = 0;
    }

    template<class Y>
#if !defined( BOOST_SP_NO_SP_CONVERTIBLE )

    shared_ptr( shared_ptr<Y> && r, typename boost::detail::sp_enable_if_convertible<Y,T>::type = boost::detail::sp_empty() )

#else

    shared_ptr( shared_ptr<Y> && r )

#endif
    BOOST_NOEXCEPT : px( r.px ), pn()
    {
        boost::detail::sp_assert_convertible< Y, T >();

        pn.swap( r.pn );
        r.px = 0;
    }

    shared_ptr & operator=( shared_ptr && r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type( static_cast< shared_ptr && >( r ) ).swap( *this );
        return *this;
    }

    template<class Y>
    shared_ptr & operator=( shared_ptr<Y> && r ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        this_type( static_cast< shared_ptr<Y> && >( r ) ).swap( *this );
        return *this;
    }

#endif

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_NULLPTR )

    shared_ptr & operator=( boost::detail::sp_nullptr_t ) BOOST_NOEXCEPT // never throws
    {
        this_type().swap(*this);
        return *this;
    }

#endif

    void reset() BOOST_NOEXCEPT // never throws in 1.30+
    {
    	//this_type()为暂时对象，交换后*this成为默认原始状态
        this_type().swap(*this);
    }

    template<class Y> void reset( Y * p ) // Y must be complete
    {
        BOOST_ASSERT( p == 0 || p != px ); // catch self-reset errors
        this_type( p ).swap( *this );
    }

    template<class Y, class D> void reset( Y * p, D d )
    {
        this_type( p, d ).swap( *this );
    }

    template<class Y, class D, class A> void reset( Y * p, D d, A a )
    {
        this_type( p, d, a ).swap( *this );
    }

    template<class Y> void reset( shared_ptr<Y> const & r, element_type * p )
    {
        this_type( r, p ).swap( *this );
    }

    // never throws (but has a BOOST_ASSERT in it, so not marked with BOOST_NOEXCEPT)
    //重载解引用操作符。返回指针指向的对象
    typename boost::detail::sp_dereference< T >::type operator* () const
    {
        BOOST_ASSERT( px != 0 );
        return *px;
    }

    // never throws (but has a BOOST_ASSERT in it, so not marked with BOOST_NOEXCEPT)
    //重载箭头操作符。返回原生态指针
    typename boost::detail::sp_member_access< T >::type operator-> () const
    {
        BOOST_ASSERT( px != 0 );
        return px;
    }

    // never throws (but has a BOOST_ASSERT in it, so not marked with BOOST_NOEXCEPT)
    //它也能够指向指针，重载了[]操作符
    typename boost::detail::sp_array_access< T >::type operator[] ( std::ptrdiff_t i ) const
    {
        BOOST_ASSERT( px != 0 );
        BOOST_ASSERT( i >= 0 && ( i < boost::detail::sp_extent< T >::value || boost::detail::sp_extent< T >::value == 0 ) );

        return px[ i ];
    }
		//get能够得到原生态指针
    element_type * get() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return px;
    }

// implicit conversion to "bool"
#include <boost/smart_ptr/detail/operator_bool.hpp>
		//能够推断是否指针使用者是否唯一
    bool unique() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.unique();
    }
		//返回指针使用者的个数，推断是否唯一是unique比use_count()==1快非常多
    long use_count() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.use_count();
    }
		//上面那么多复制构造函数都用到了swap
		/*
		std::swap()源代码非常easy：
		 template <class T> void swap ( T& a, T& b )
		{
  		T c(a); a=b; b=c;
		}
		*/
    void swap( shared_ptr & other ) BOOST_NOEXCEPT
    {
        std::swap(px, other.px);
        pn.swap(other.pn);
    }

    template<class Y> bool owner_before( shared_ptr<Y> const & rhs ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn < rhs.pn;
    }

    template<class Y> bool owner_before( weak_ptr<Y> const & rhs ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn < rhs.pn;
    }

    void * _internal_get_deleter( boost::detail::sp_typeinfo const & ti ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.get_deleter( ti );
    }

    void * _internal_get_untyped_deleter() const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return pn.get_untyped_deleter();
    }

    bool _internal_equiv( shared_ptr const & r ) const BOOST_NOEXCEPT
    {
        return px == r.px && pn == r.pn;
    }

// Tasteless as this may seem, making all members public allows member templates
// to work in the absence of member template friends. (Matthew Langston)

#ifndef BOOST_NO_MEMBER_TEMPLATE_FRIENDS

private:

    template<class Y> friend class shared_ptr;
    template<class Y> friend class weak_ptr;

#endif
		//shared_ptr仅有的两个数据成员，一个指针，一个引用指针的个数
    element_type * px;                 // contained pointer
    boost::detail::shared_count pn;    // reference counter

};  // shared_ptr
//重载等号和不等号运算符
template<class T, class U> inline bool operator==(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) BOOST_NOEXCEPT
{
    return a.get() == b.get();
}

template<class T, class U> inline bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) BOOST_NOEXCEPT
{
    return a.get() != b.get();
}

#if __GNUC__ == 2 && __GNUC_MINOR__ <= 96

// Resolve the ambiguity between our op!= and the one in rel_ops

template<class T> inline bool operator!=(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<T> const & b) BOOST_NOEXCEPT
{
    return a.get() != b.get();
}

#endif

#if !defined( BOOST_NO_CXX11_NULLPTR )

template<class T> inline bool operator==( shared_ptr<T> const & p, boost::detail::sp_nullptr_t ) BOOST_NOEXCEPT
{
    return p.get() == 0;
}

template<class T> inline bool operator==( boost::detail::sp_nullptr_t, shared_ptr<T> const & p ) BOOST_NOEXCEPT
{
    return p.get() == 0;
}

template<class T> inline bool operator!=( shared_ptr<T> const & p, boost::detail::sp_nullptr_t ) BOOST_NOEXCEPT
{
    return p.get() != 0;
}

template<class T> inline bool operator!=( boost::detail::sp_nullptr_t, shared_ptr<T> const & p ) BOOST_NOEXCEPT
{
    return p.get() != 0;
}

#endif
//重载<比較运算符，能够用于关联容器set和map
template<class T, class U> inline bool operator<(shared_ptr<T> const & a, shared_ptr<U> const & b) BOOST_NOEXCEPT
{
    return a.owner_before( b );
}

template<class T> inline void swap(shared_ptr<T> & a, shared_ptr<T> & b) BOOST_NOEXCEPT
{
    a.swap(b);
}
//指针转换是，不要用C++的static_cast、const_cast，这将造成shared_ptr无法管理
//使用以下的函数来转换。它们还返回shared_ptr<T>类型
template<class T, class U> shared_ptr<T> static_pointer_cast( shared_ptr<U> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
{
    (void) static_cast< T* >( static_cast< U* >( 0 ) );

    typedef typename shared_ptr<T>::element_type E;

    E * p = static_cast< E* >( r.get() );
    return shared_ptr<T>( r, p );
}

template<class T, class U> shared_ptr<T> const_pointer_cast( shared_ptr<U> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
{
    (void) const_cast< T* >( static_cast< U* >( 0 ) );

    typedef typename shared_ptr<T>::element_type E;

    E * p = const_cast< E* >( r.get() );
    return shared_ptr<T>( r, p );
}

template<class T, class U> shared_ptr<T> dynamic_pointer_cast( shared_ptr<U> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
{
    (void) dynamic_cast< T* >( static_cast< U* >( 0 ) );

    typedef typename shared_ptr<T>::element_type E;

    E * p = dynamic_cast< E* >( r.get() );
    return p? shared_ptr<T>( r, p ): shared_ptr<T>();
}

template<class T, class U> shared_ptr<T> reinterpret_pointer_cast( shared_ptr<U> const & r ) BOOST_NOEXCEPT
{
    (void) reinterpret_cast< T* >( static_cast< U* >( 0 ) );

    typedef typename shared_ptr<T>::element_type E;

    E * p = reinterpret_cast< E* >( r.get() );
    return shared_ptr<T>( r, p );
}

// get_pointer() enables boost::mem_fn to recognize shared_ptr

template<class T> inline typename shared_ptr<T>::element_type * get_pointer(shared_ptr<T> const & p) BOOST_NOEXCEPT
{
    return p.get();
}

// operator<<

#if !defined(BOOST_NO_IOSTREAM)

#if defined(BOOST_NO_TEMPLATED_IOSTREAMS) || ( defined(__GNUC__) &&  (__GNUC__ < 3) )

template<class Y> std::ostream & operator<< (std::ostream & os, shared_ptr<Y> const & p)
{
    os << p.get();
    return os;
}

#else

// in STLport's no-iostreams mode no iostream symbols can be used
#ifndef _STLP_NO_IOSTREAMS

# if defined(BOOST_MSVC) && BOOST_WORKAROUND(BOOST_MSVC, < 1300 && __SGI_STL_PORT)
// MSVC6 has problems finding std::basic_ostream through the using declaration in namespace _STL
using std::basic_ostream;
template<class E, class T, class Y> basic_ostream<E, T> & operator<< (basic_ostream<E, T> & os, shared_ptr<Y> const & p)
# else
template<class E, class T, class Y> std::basic_ostream<E, T> & operator<< (std::basic_ostream<E, T> & os, shared_ptr<Y> const & p)
# endif
{
    os << p.get();
    return os;
}

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