C++源码—shared_ptr（MSVC 2017）
1 控制块
shared_ptr 继承自 _Ptr_base，它包含两个成员变量：指向目标对象的指针 _Ptr 和 引用计数基类指针 _Rep。
private:
element_type * _Ptr{nullptr};
_Ref_count_base * _Rep{nullptr};
引用计数的基类是 _Ref_count_base，在 _Ref_count_base 中，实现了计数的增加和减少，以及对象的释放。其中_Destroy() 和 _Delete_this() 都是虚函数，它派生出了三个类 _Ref_count，_Ref_count_resource 和 _Ref_count_resource_alloc，这些也被称为控制块。
- _Ref_count 只包含一个指向对象的指针，直接使用 delete 进行释放资源和自身。
- _Ref_count_resource 使用 _Compressed_pair<_Dx, _Resource> _Mypair 存储删除器和对象，在 _Destroy(）中通过删除器释放对象，_Delete_this() 无变化。
- _Ref_count_resource_alloc 增加了分配器，_Destroy(）无变化，_Delete_this() 通过分配器释放自身。
_Compressed_pair 和 pair 差不多，但是进行了一些优化，如果 _Ty1 是空类， _Compressed_pair 就会继承这个空类，此时 sizeof(_Compressed_pair) == sizeof(_Ty2)，这就是所谓的 EBO（empty base optimization；空白基类优化）。
2 shared_ptr 的构造函数
shared_ptr 有多个构造函数，根据指针、删除器、分配器的不同去生成相应的_Ref_count，_Ref_count_resource 和 _Ref_count_resource_alloc。
以仅需指针的构造函数为例，is_array 判断是否是数组从而去调用不同的 _Setp 重载函数，在 _Setp 中生成控制块，然后调用_Set_ptr_rep_and_enable_shared 函数将 shared_ptr 的 _Ptr 和 _Rep 指向相应的地址。
在代码的最后还调用了_Enable_shared_from_this 函数，这个比较复杂，放到最后介绍。
3 shared_ptr 的引用计数
shared_ptr 的引用计数通过 _Rep 指向的控制块控制，相关的操作在基类 _Ref_count_base 中已经实现，主要就是当 _Uses 为 0 时，调用 _Destroy() 释放对象；当 _Weaks 为 0 时，调用 _Delete_this() 释放自己，其余还有引用计数的增加和减少等函数。
4 make_shared 与 直接创建 shared_ptr 的区别
make_shared 只需要分配一次内存，而直接创建 shared_ptr 需要分配两次内存。
shared_ptr<string> sp{new string("hello")};
比如上面我们采用直接创建的方式，那么首先需要在堆上为 hello 分配内存，其次根据上面 shared_ptr 的构造函数可知，new _Ref_count<_Ux>(_Px) 时还需要为控制块分配一次内存。
然后我们再来看看 make_shared 源码，它动态分配了一个 _Ref_count_obj，这也是 _Ref_count_base 的一个派生类，aligned_union_t<1, _Ty> _Storage 为 _Ty 类型的对象分配了内存空间，所以对象和控制块都被放在了一块。
剩下的操作是一样的，调用_Set_ptr_rep_and_enable_shared 函数将 shared_ptr 的 _Ptr 和 _Rep 指向相应的地址。
借用网上的一张图，它们的区别大概就是：
当然，make_shared 也存在缺陷，上面我们提到，在_Ref_count_base的实现中，只有当 _Weaks 为 0 时，控制块才会调用 _Delete_this() 释放自己，然而由于现在对象也被放在了控制块中，所以即使 _Uses 为 0 时，对象空间也没有算被释放，只有当 _Weaks 为 0 时， 才算是真的被释放了。
5 enable_shared_from_this
为什么需要 enable_shared_from_this，是因为引用计数和对象是分离的，在某些情况下会造成错误。举一个网上常见的例子：
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
class A
{
public:
shared_ptr<A> getPtr() {
return shared_ptr<A>(this);
}
~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{
shared_ptr<A> sp1(new A());
shared_ptr<A> sp2 = sp1->getPtr();
cout << "sp1.use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
cout << "sp2.use_count() = " << sp2.use_count() << endl;
}
在上面的代码中，sp1 和 sp2 指针指向同一个对象，但是它们的引用计数为什么都是 1 呢？因为当你传一个指针过去的时候，shared_ptr 根本就不知道是否已经有 shared_ptr 指向它，所以它会自己创建控制块，最后导致同一对象会出现释放两次的情况。所以凡是需要共享使用类对象的地方，必须使用这个 shared_ptr 当作右值来构造或者拷贝构造（shared_ptr 类中定义了赋值运算符函数和拷贝构造函数）另一个 shared_ptr ，从而达到共享使用的目的。
解决这个问题的方法是通过 weak_ptr ，我们只需要调用 shared_from_this() 函数，它通过 weak_ptr 来构造一个 shared_ptr。
我们可以做一个简单的尝试：
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
int main()
{
shared_ptr<int> sp1(new int(5));
weak_ptr<int> wp(sp1);
cout << "sp1.use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
shared_ptr<int> sp2(wp);
cout << "sp2.use_count() = " << sp2.use_count() << endl;
shared_ptr<int> sp3(wp);
cout << "sp2.use_count() = " << sp3.use_count() << endl;
}
现在我们从源码角度来分析它是如何实现的，我们查看 class enable_shared_from_this 的结构：
其中重点关注 _Ptr->_Wptr = shared_ptr<remove_cv_t<_Yty>>(_This, const_cast<remove_cv_t<_Yty> *>(_Ptr)) 这句代码，它将调用下述代码通过 _This 和 _Ptr 生成 shared_ptr。
最后一步是通过 _Weakly_construct_from 将刚才生成的shared_ptr 转换成 weak_ptr。
最后，当我们使用 shared_from_this() 时，就可以通过我们所保存的 weak_ptr 来生成 shared_ptr。
现在，我们可以通过 enable_shared_from_this 来修改最初的程序：
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
class A: public std::enable_shared_from_this<A>
{
public:
shared_ptr<A> getPtr() {
return shared_from_this();
}
~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{
shared_ptr<A> sp1(new A());
shared_ptr<A> sp2 = sp1->getPtr();
cout << "sp1.use_count() = " << sp1.use_count() << endl;
cout << "sp2.use_count() = " << sp2.use_count() << endl;
}
References：
