面试题：C++头文件中类模板声明的复杂应用

Question

假设你要在头文件中声明一个类模板，该模板用于实现一个通用的智能指针类。需要考虑内存管理、引用计数、复制构造函数、赋值运算符重载等功能。请写出该类模板声明的关键代码片段，并解释每个部分的作用。

Answer 1

template <typename T>
class SmartPtr {
private:
    T* ptr; // 指向实际对象的指针
    int* refCount; // 引用计数

public:
    // 构造函数
    SmartPtr(T* p = nullptr) : ptr(p) {
        if (ptr) {
            refCount = new int(1);
        } else {
            refCount = new int(0);
        }
    }

    // 复制构造函数
    SmartPtr(const SmartPtr& other) : ptr(other.ptr), refCount(other.refCount) {
        if (ptr) {
            (*refCount)++;
        }
    }

    // 赋值运算符重载
    SmartPtr& operator=(const SmartPtr& other) {
        if (this == &other) {
            return *this;
        }
        if (ptr && --(*refCount) == 0) {
            delete ptr;
            delete refCount;
        }
        ptr = other.ptr;
        refCount = other.refCount;
        if (ptr) {
            (*refCount)++;
        }
        return *this;
    }

    // 析构函数
    ~SmartPtr() {
        if (ptr && --(*refCount) == 0) {
            delete ptr;
            delete refCount;
        }
    }

    // 获取指向对象的指针
    T* get() const {
        return ptr;
    }

    // 解引用操作符重载
    T& operator*() const {
        return *ptr;
    }

    // 箭头操作符重载
    T* operator->() const {
        return ptr;
    }
};

1. 模板参数：template <typename T> 定义了一个模板参数 T，表示智能指针指向的对象类型。
2. 私有成员：
   • T* ptr：指向实际对象的指针。
   • int* refCount：指向引用计数的指针，用于记录有多少个智能指针指向同一个对象。
3. 构造函数：
   • SmartPtr(T* p = nullptr)：初始化智能指针，若传入指针 p，则分配一个新的引用计数并初始化为1；否则初始化为0。
4. 复制构造函数：
   • SmartPtr(const SmartPtr& other)：复制另一个智能指针，同时增加引用计数。
5. 赋值运算符重载：
   • SmartPtr& operator=(const SmartPtr& other)：首先检查自赋值，然后减少当前对象的引用计数并处理内存释放，再复制另一个智能指针并增加引用计数。
6. 析构函数：
   • ~SmartPtr()：减少引用计数，当引用计数为0时，释放指向的对象和引用计数本身。
7. 辅助函数：
   • T* get() const：返回指向对象的指针。
   • T& operator*() const：重载解引用操作符，返回指向对象的值。
   • T* operator->() const：重载箭头操作符，用于访问对象的成员。