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嘿，各位 C++ 攻城狮们！小康又来了 👋

下半年小康自研实现了 12 个 C++ 硬核项目：
线程池、内存池、MySQL连接池、多线程下载工具、
内存泄漏检测工具、ReactorX、日志库minispdlog，无锁栈、
无锁队列SPSC，无锁队列MPMC，高性能网络库。

但今天，我要重点跟大家聊聊一个特殊的项目——『 CraftedPtr 』——一个让我花了半个月时间精心打磨的工业级 shared_ptr 实现。

💥 “网上的 shared_ptr 实现都是玩具？”

刷过 GitHub 的同学都知道，网上确实有不少 shared_ptr 的实现。但说句实话，我看了一圈，真正能称得上工业级的屈指可数。

大部分开源项目有这些问题：

• ❌功能缺失：只有基本的引用计数，缺少 weak_ptr、make_shared 等关键特性
• ❌玩具级别：几百行代码草草了事，连多线程安全都没考虑
• ❌学习困难：整篇代码扔给你，初学者根本不知道从哪下手
• ❌缺乏讲解：代码是有了，但为什么这么设计？每个细节有什么考量？一概不知

更要命的是，即使你把别人的代码看懂了，你依然不会从 0 到 1 实现！

这就是我决定做这个项目的原因。

🎯 为什么是 shared_ptr？

说实话，选择 shared_ptr 作为实战项目，我是深思熟虑的：

面试高频 + 实用性强

• 面试必考：几乎所有中高级 C++ 面试都会问智能指针
• 工业标准：shared_ptr 是现代 C++ 的核心组件，掌握它等于掌握了现代 C++ 的精髓
• 知识密集：涉及内存管理、多线程、模板编程、RAII 等多个核心概念

技术挑战性

• 设计复杂：控制块、类型擦除、弱引用机制，每一个都是精妙的设计
• 性能敏感：作为基础组件，性能优化的每个细节都很关键
• 标准对标：能与 std::shared_ptr 性能媲美才算真正成功

🔥 『CraftedPtr』到底有多强？

先声明：这个 shared_ptr100% 由我从零设计实现，不是改造别人的代码！

从最初的架构设计、接口定义，到每一行代码的编写、优化，以及测试代码，都是我一个人撸出来的。

核心特性（对标 std::shared_ptr）

✅ 完整的引用计数机制 ✅ 线程安全（原子操作） ✅ 自定义删除器支持 ✅ weak_ptr 完整实现 ✅ make_shared 性能优化 ✅ 别名构造函数 ✅ 类型转换函数族 ✅ 异常安全保证 ✅ 标准兼容的接口 ✅ 完善的比较运算符

性能表现

[拷贝构造 -1000万次]std::shared_ptr:84.53ms my::shared_ptr:91.83ms ← 仅慢8.6%！[weak_ptr.lock()-100万次]std::weak_ptr:20.62ms my::weak_ptr:11.26ms ← 快了45%！[多线程并发 -8线程]std::shared_ptr:232.25ms my::shared_ptr:207.29ms ← 快了10.7%！

项目架构一览 - 精心设计的分层结构

为了让大家更直观地理解CraftedPtr的整体架构，我绘制了详细的架构图：

从架构图可以看出，整个项目采用了经典的分层设计模式：

核心用户接口层

• shared_ptr<T>和weak_ptr<T>：用户直接使用的智能指针
• 提供简洁易用的 API，隐藏内部复杂性

计数管理层

• shared_count和weak_count：封装引用计数的管理逻辑
• 负责控制块的生命周期管理

线程安全控制块层

• sp_counted_base：抽象基类，定义控制块接口
• 使用原子操作保证多线程安全

策略实现层

• sp_counted_impl_p：默认删除器实现
• sp_counted_impl_pd：自定义删除器实现
• sp_counted_impl_pdi：内联存储实现（make_shared 优化）

便利工厂层

• make_shared：高性能对象创建
• static_pointer_cast等类型转换函数

这种分层架构的优势：

✅职责分离：每层专注于特定功能
✅易于扩展：新增功能只需实现相应接口
✅类型安全：编译期保证类型正确性
✅性能优化：每层都有针对性的优化

来看看核心实现

为了让大家感受下代码质量，贴一段 make_shared 的核心实现：

// sp_counted_impl_pdi: Inplace 存储实现template<typenameT>classsp_counted_impl_pdi:publicsp_counted_base{private:// 使用 aligned_storage 存储对象typenamestd::aligned_storage<sizeof(T),alignof(T)>::type storage_;public:// 完美转发 + placement newtemplate<typename...Args>explicitsp_counted_impl_pdi(Args&&...args){::new(static_cast<void*>(&storage_))T(std::forward<Args>(args)...);}T*get_pointer()noexcept{returnreinterpret_cast<T*>(&storage_);}voiddispose()noexceptoverride{get_pointer()->~T();// 只调析构，内存随控制块一起释放}};// make_shared 工厂函数template<typenameT,typename...Args>shared_ptr<T>make_shared(Args&&...args){detail::shared_countpn(detail::sp_inplace_tag<T>{},std::forward<Args>(args)...);returnshared_ptr<T>(detail::sp_inplace_tag<T>{},pn);}

这段代码看起来简单，但背后的设计思路很深：

1. 单次内存分配：对象和控制块一次性分配，减少内存碎片
2. 完美转发：保证构造参数的完美传递
3. 内存对齐：使用aligned_storage保证内存对齐
4. RAII 管理：控制块销毁时自动调用对象析构函数

🎮 使用起来有多简单？

#include"my_shared_ptr.hpp"#include<iostream>classResource{intdata_;public:Resource(intx):data_(x){std::cout<<"Resource("<<data_<<") 构造\n";}~Resource(){std::cout<<"Resource("<<data_<<") 析构\n";}intget()const{returndata_;}};intmain(){{// 创建 shared_ptrautoptr1=my::make_shared<Resource>(42);std::cout<<"引用计数: "<<ptr1.use_count()<<std::endl;// 输出: 1{autoptr2=ptr1;// 拷贝，引用计数增加std::cout<<"引用计数: "<<ptr1.use_count()<<std::endl;// 输出: 2// 使用对象std::cout<<"值: "<<ptr2->get()<<std::endl;// 输出: 42}// ptr2 销毁，引用计数减少std::cout<<"引用计数: "<<ptr1.use_count()<<std::endl;// 输出: 1}// ptr1 销毁，对象自动释放std::cout<<"程序结束"<<std::endl;return0;}/* 输出结果： Resource(42) 构造 引用计数: 1 引用计数: 2 值: 42 引用计数: 1 Resource(42) 析构 程序结束 */

看到没？使用方式和std::shared_ptr完全一样！你学会了我的实现，就等于深度掌握了标准库的原理。

7天渐进式教学，从小白到专家

我把整个项目设计成 7 天渐进式课程，每天只需 1 小时，让你循序渐进掌握所有核心技术：

Day 1: 基础引用计数 - 最简 shared_ptr

学习目标：搭建智能指针的基础骨架，理解 RAII 核心思想

核心内容：

• 设计shared_ptr<T>核心类结构
• 实现简单的引用计数控制块ref_count_base
• 掌握构造、析构、拷贝、赋值的完整生命周期
• 实现基本访问接口：get(),operator*,operator->
• 实战练习：创建对象、拷贝共享、自动释放验证

你将掌握：RAII 设计模式、引用计数原理、C++ 对象生命周期管理

Day 2: 控制块分离架构 - Boost 设计精髓

学习目标：重构为工业级架构，掌握类型擦除核心技术

核心内容：

• 引入抽象基类sp_counted_base（控制块基类）
• 实现默认删除器sp_counted_impl_p<T>
• 创建shared_count辅助类管理控制块生命周期
• 重构shared_ptr使用新的控制块架构
• 深度理解类型擦除在智能指针中的巧妙应用

你将掌握：类型擦除技术、虚函数多态、架构分层设计、Boost 库设计思想

Day 3: 自定义删除器支持 - 资源管理大师

学习目标：支持任意资源管理，深入掌握类型擦除的威力

核心内容：

• 实现sp_counted_impl_pd<P, D>：支持自定义删除器的控制块
• 扩展shared_count接受删除器参数
• 扩展shared_ptr构造函数接受删除器
• 删除器的完美类型擦除实现
• 管理非new分配的资源：文件句柄、数组、自定义资源

你将掌握：函数对象、lambda 表达式、资源管理模式、类型擦除进阶应用

Day 4: 线程安全改造 - 多线程大师级实现

学习目标：掌握多线程编程精髓，实现真正的工业级线程安全

核心内容：

• 使用std::atomic<long>替换普通引用计数
• 实现原子操作：fetch_add、fetch_sub、条件递增
• 深入理解内存序（memory_order）的选择策略
• 实现add_ref_lock()为 weak_ptr 做准备
• 实战测试：8 线程并发压力测试验证正确性

你将掌握：原子操作、内存序、多线程安全设计、并发测试方法

Day 5: weak_ptr 与循环引用 - 解决死锁难题

学习目标：攻克智能指针最复杂的技术难题，彻底理解弱引用机制

核心内容：

• 实现weak_count辅助类（管理弱引用计数）
• 完整实现weak_ptr<T>类
• 核心难点：lock()方法的线程安全实现
• 实现expired()快速检查对象状态
• 实战案例：解决双向链表的循环引用问题

你将掌握：弱引用设计模式、循环引用问题、原子操作进阶、复杂并发场景处理

Day 6: make_shared 性能优化 - 内存管理大师

学习目标：掌握高级内存管理技术，实现极致性能优化

核心内容：

• 实现sp_counted_impl_pdi<T>（inplace 控制块）
• 使用aligned_storage+ placement new 的高级技术
• 实现make_shared<T>()工厂函数
• 性能对决：benchmark 对比newvsmake_shared
• 深入分析优化的权衡取舍

内存布局优化：

// 传统方式：两次内存分配shared_ptr<MyClass>p1(newMyClass(args));// 分配1：MyClass 对象// 分配2：控制块// make_shared：单次内存分配autop2=make_shared<MyClass>(args);// 一次分配：[控制块|MyClass对象] 连续内存

技术深度：

• 内存对齐原理与实践
• placement new 的正确使用
• 完美转发在工厂函数中的应用
• 缓存友好的内存布局设计

你将掌握：高级内存管理、placement new、内存对齐、性能优化技巧

Day 7: 完善功能与工程化 - 生产级代码标准

学习目标：补全所有标准接口，达到真正的生产级质量

核心内容：

• 实现别名构造函数（Aliasing Constructor）
• 实现完整的类型转换函数族：
  • static_pointer_cast：编译期类型转换
  • dynamic_pointer_cast：运行期安全转换
  • const_pointer_cast：const 限定符转换
• 实现完整的比较运算符（==、!=、<、<=、>、>=）
• 实现std::swap特化
• 完善nullptr支持和语义

工程化实践：

• CMake 现代构建配置
• 测试框架搭建

你将掌握：模板元编程、标准库设计模式、工程化实践、代码质量保证

🎁 你将获得什么？

技术能力提升

1. 现代 C++ 高级特性：完美转发、可变参数模板、SFINAE 等
2. 内存管理精髓：RAII、智能指针、内存对齐等核心概念
3. 多线程编程：原子操作、内存序、线程安全设计
4. 架构设计思维：如何设计一个高性能、易用的库级组件

面试核心竞争力

1. 深度项目经验：能够自信讲解的高质量项目
2. 技术细节掌握：从原理到实现的完整理解
3. 性能优化实战：真实的 benchmark 和优化经验
4. 标准库内幕：理解 std::shared_ptr 的实现原理

完整学习资料

• 1350+ 行完整源码
• 7 个渐进版本：从简单到复杂的完整演进过程
• 详细技术文档：每个设计决策的深度解析
• 性能测试套件：与标准库的全方位性能对比
• CMake 工程配置：现代 C++ 项目管理实践

项目优势

• 从 0 到 1 设计：不是改造现有代码，而是带你体验完整的设计过程
• 渐进式教学：7 个版本逐步演进，每一步都清晰可见
• 深度解析：不仅告诉你怎么做，更重要的是为什么这么做
• 实战导向：每个技术点都有实际应用场景

实现优势

• 性能对标：多项指标接近甚至超越标准库
• 标准兼容：完全按照 C++ 标准设计接口
• 生产可用：不是玩具，而是真正可用的库组件
• 代码质量：每一行代码都经过精心设计和测试

📞 如何找我？

搜索微信号

微信搜索：jkfwdkf

添加时请备注：『 CraftedPtr 』

最后说几句…

很多同学看到智能指针就怕，觉得太复杂。但我想说：

复杂的东西，拆解了都不复杂！

跟着我的 7 天计划，每天 1 小时，即使你只会基本的 C++ 语法，也能一步步搞定工业级的 shared_ptr。

关键不是你现在会多少，而是愿不愿意动手做！

从"看懂别人代码"到"自己从零实现"，就差这一步实践！

准备开始你的智能指针进阶之旅了吗？

加我微信jkfwdkf，备注『CraftedPtr』

让我们一起撸出属于自己的工业级 shared_ptr！