面试题：C++ 智能指针实现原理及自定义智能指针

std::shared_ptr 引用计数实现原理

引用计数的存储方式
- std::shared_ptr 通常将引用计数存储在一个控制块（control block）中。这个控制块除了包含引用计数外，还可能包含指向被管理对象的指针以及其他相关信息，比如弱引用计数（用于 std::weak_ptr）。
- 当创建一个 std::shared_ptr 对象指向某个动态分配的对象时，会同时创建一个控制块，并将引用计数初始化为 1。例如：
```
int* ptr = new int(42);
std::shared_ptr<int> sp(ptr);
```
这里 sp 指向 ptr，同时创建的控制块中的引用计数为 1。
- 当进行赋值（operator=）或拷贝构造时，引用计数会增加。例如：
```
std::shared_ptr<int> sp2(sp);
```
此时 sp2 和 sp 共享同一个控制块，控制块中的引用计数加 1 变为 2。
- 当 std::shared_ptr 对象析构时，引用计数会减 1。如果引用计数减为 0，控制块会释放被管理的对象以及控制块自身。
线程安全性
- 对 std::shared_ptr 本身的多线程操作是线程安全的。也就是说，多个线程可以同时对不同的 std::shared_ptr 对象进行拷贝、赋值、析构等操作，不会出现数据竞争。
- 然而，对于指向的同一个对象的 std::shared_ptr 之间的操作，比如多个线程同时通过 std::shared_ptr 访问和修改同一个对象的成员，这仍然需要额外的同步机制（如互斥锁）来保证线程安全。
- 在多线程环境下，引用计数的增减操作通常是原子操作。例如，当一个线程增加引用计数，另一个线程减少引用计数时，不会出现中间状态导致引用计数错误。C++ 标准库通过使用原子类型（如 std::atomic<int>）来实现引用计数的原子操作，从而保证线程安全。

简易版类似 std::shared_ptr 的自定义智能指针实现

#include <iostream>
#include <atomic>

template <typename T>
class MySharedPtr {
private:
    T* ptr;
    std::atomic<int>* refCount;

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

    // 拷贝构造函数
    MySharedPtr(const MySharedPtr& other) : ptr(other.ptr), refCount(other.refCount) {
        if (ptr) {
            (*refCount)++;
        }
    }

    // 移动构造函数
    MySharedPtr(MySharedPtr&& other) noexcept : ptr(other.ptr), refCount(other.refCount) {
        other.ptr = nullptr;
        other.refCount = nullptr;
    }

    // 赋值运算符重载
    MySharedPtr& operator=(const MySharedPtr& 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;
    }

    // 移动赋值运算符重载
    MySharedPtr& operator=(MySharedPtr&& other) noexcept {
        if (this == &other) {
            return *this;
        }
        if (ptr && --(*refCount) == 0) {
            delete ptr;
            delete refCount;
        }
        ptr = other.ptr;
        refCount = other.refCount;
        other.ptr = nullptr;
        other.refCount = nullptr;
        return *this;
    }

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

    // 获取指向的对象
    T* get() const {
        return ptr;
    }

    // 获取引用计数
    int use_count() const {
        return *refCount;
    }

    // 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;
    }
};

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