在Android系統的應用程序框架層中，有相當一部分代碼是使用C++語言開發的。我們知道，用C++來編寫代碼最容易出錯的地方就是指針了，具體表現為忘記釋放指針指向的對象所占用的內存，或者使用了無效指針。C++指針使用不當，輕則造成內存泄漏，重則造成莫名其妙的邏輯錯誤，甚至系統崩潰。既然如此，為什么Android系統的應用程序框架層還要使用C++語言來開發呢？全部都使用Java語言來開發不就可以解決這個問題了嗎？出于性能的考慮，有時候還是不得不使用C++代碼。既然無法避免使用C++代碼，就要想辦法避免錯誤地使用C++指針。因此，Android系統為我們提供了C++智能指針，避免出現指針使用不當的問題。 我們通常通過引用計數技術來維護對象的生命周期。每當有一個新的指針指向了一個對象時，這個對象的引用計數就增加1；相反，每當有一個指針不再指向一個對象時，這個對象的引用計數就減少1；當對象的引用計數為0時，它所占用的內存就可以安全地釋放了。這種對象引用計數技術的核心問題是由誰來維護對象的引用計數，如果由開發人員手動地維護對象的引用計數，那么既不可靠，也不方便開發人員編寫代碼。一旦開發人員一不小心多增加或者多減少了對象的引用計數，那么就會造成災難性的后果。既然手動維護方式不可取，就必須要找到一種自動的對象引用計數維護技術。 智能指針正是一種能夠自動維護對象引用計數的技術。這里需要特別強調的是，智能指針是一個對象，而不是一個指針，但是它引用了一個實際使用的對象。正是因為它是一個對象，因此它能夠自動地維護實際對象的引用計數。簡單來說，就是在智能指針構造時，增加它所引用的對象的引用計數；而在智能指針析構時，就減少它所引用的對象的引用計數。由于智能指針的構造和析構都是自動的，因此，它就很自然地實現了自動的對象引用計數技術。 這種簡單的對象引用計數技術似乎解決了C++指針的問題，然而它是存在缺陷的。考慮這樣一個場景:有兩個對象A和B，對象A引用了對象B，而對象B也引用了對象A。一方面，當對象A不再使用時，就可以釋放它所占用的內存了，但是由于對象B仍然在引用著它，因此，此時對象A就不能被釋放；另一方面，當對象B不再使用時，就可以釋放它所占用的內存了，但是由于對象A仍然在引用著它，因此，此時對象B也不能被釋放。這樣問題就出現了，對象A等待對象B被釋放，而對象B也在等待對象A被釋放。除非能夠同時知道對象A和對象B都不再使用了，這個問題才能解決。然而，通常系統是不知道對象之間的依賴關系的，即無法知道兩個對象是否同時不再使用。這個問題也是垃圾收集(Garbage Collection)系統所遇到的經典問題之一，因為它一次只能收集一個對象所占用的內存。 這樣，我們就需要采取另外一種稍為復雜的引用計數技術來維護對象的生命周期了。這種引用計數技術將對象的引用計數分為強引用計數和弱引用計數兩種，其中，對象的生命周期只受強引用計數控制。在使用強引用計數和弱引用計數的解決方案中，一般將有關聯的對象劃分為“父-子”和“子-父”關系。在“父-子”關系中，“父”對象通過強引用計數來引用“子”對象；而在“子-父”關系中，“子”對象通過弱引用計數來引用“父”對象。這樣就可以解決由于相互引用而造成對象不能釋放的問題了。以上面的對象A和B為例，假設對象A和對象B是“父-子”關系，則對象B和對象A就是“子-父”關系。對象A通過強引用計數來引用對象B，而對象B通過弱引用計數來引用對象A。當對象A不再使用時，由于對象B是通過弱引用計數來引用它的，因此，對象A的生命周期不受對象B的影響，此時對象A可以安全地釋放。在釋放對象A時，同時也會釋放它對對象B的強引用計數，因此，當對象B不再使用時，對象B也可以安全地釋放了。 由于對象的生命周期不受弱引用計數控制，因此，一方面，當對象B想要使用對象A時，對象A有可能已經被釋放了，這時候對象B不能直接使用對象A，而是先要成功地將對象A的弱引用計數升級為強引用計數，然后才能使用它；另一方面，如果對象B不能將對象A的弱引用計數升級為強引用計數，那么就說明對象A已經被釋放了，因此，對象B就不能再使用它。 了解了這些背景知識之后，我們就可以開始學習Android系統的智能指針實現原理了。Android系統提供了三種類型的C++智能指針，分別為輕量級指針(Light Pointer)、強指針(Strong Pointer)和弱指針(Weak Pointer)，其中，輕量級指針使用了簡單的引用計數技術，而強指針和弱指針使用了強引用計數和弱引用計數技術。 無論是輕量級指針，還是強指針或弱指針，它們的實現原理都是類似的，即需要對象提供引用計數器，但是由智能指針來負責維護這個引用計數器。Android系統將引用計數器定義為一個公共類，所有支持使用智能指針的對象類都必須要從這個公共類繼承下來。這樣，Android系統的智能指針就可以通過這個引用計數器來維護對象的生命周期了。 在本章接下來的內容中，我們首先介紹輕量級指針的實現原理，然后介紹強指針和弱指針的實現原理。