第十二章 动态内存

• 目前为止，所使用的对象都有着严格定义的生存期。
• 全局对象在程序启动时分配，在程序结束时销毁。局部自动对象在进入其定义所在的程序块时被创建，在离开块时销毁。局部static对象在第一次使用前分配，在程序结束时销毁。
• 标准库定义了两个智能指针类型来管理动态分配的对象，当一个对象应该被释放时，指向它的智能指针可以确保自动地释放它。
• 静态内存用来保存局部static对象、类static对象以及定义在任何函数之外的变量。栈内存用来保存定义在函数内的非static对象。分配在静态内存或栈内存中的对象由编译器自动创建和销毁。
• 每个程序还拥有一个内存池，即堆。程序用堆来存储动态分配的对象 -- 即那些在程序运行时分配的对象。

一、动态内存与智能指针

• 动态内存管理:
  • new：在动态内存中为对象分配空间并返回一个指向该对象的指针。
  • delete：接受一个动态对象的指针，销毁该对象，并释放与之关联的内存。
• 智能指针：
  • 管理动态对象。
  • 行为类似常规指针。重要的区别是它负责自动释放所指向的对象。智能指针也是模板。
  • 智能指针的区别：都定义在 头文件memory 中，但管理底层指针的方式不同。
    • shared_ptr：允许多个指针指向同一个对象。
    • unique_ptr："独占"所指向的对象。
    • weak_ptr的伴随类：它是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象。

1. shared_ptr类

• shared_ptr 和 unique_ptr 都支持的操作：

• shared_ptr 独有的操作：

• 最安全的分配和使用动态内存的方法是调用一个名为 mark_shared 的标准库函数。

        // 指向一个值为42的int的shared_ptr
shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>(42);

// p4指向一个值为"9999999999"的string
shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(10, ‘9‘);

// p5指向一个值初始化的int，即为0
shared_ptr<int> p5 = make_shared<int>();

    

• shared_ptr的拷贝和赋值：

        auto p = nake_shared<int>(42);  // p指向的对象只有p一个引用者
auto q(p);  // p和q都指向相同对象，此对象有两个引用者

    

• 可以认为每个shared_ptr都有一个关联的计数器，通常被称为引用计数。当拷贝一个shared_ptr时，计数器就会增加。当shared_ptr赋予一个新值或者shared_ptr被销毁时，计数器就会减少。当计数器变为0时，它就会自动释放自己所管理的对象。

        auto r = make_shared<int>(42);
r = q;  // r原来指向的对象已经没有引用者，会自动释放


    

• 到底是用一个计数器还是其他数据结构来记录有多少指针共享对象，完全由标准库的具体实现来定义。
• shared_ptr的析构函数会递减它所指向的对象的引用计数。如果引用计数变为0，shared_ptr的析构函数就会销毁对象，并释放它占用的内存。
• 如果将shared_ptr存放于一个容器中，而后不再需要全部对象，要记得erase那些不再需要的元素。
• 使用动态内存的三种原因：
  • 程序不知道自己需要使用多少对象。比如容器类。
  • 程序不知道所需要对象的准确类型。
  • 程序需要在多个对象间共享数据。

2. 直接管理内存

• 用new动态分配和初始化对象。
  • new无法为分配的对象命名（因为自由空间分配的内存是无名的），因此是返回一个指向该对象的指针。
  • int *pi = new int(123);
  • 一旦内存耗尽，会抛出类型是bad_alloc的异常。
• 用delete将动态内存归还给系统。
  • 接受一个指针，指向要释放的对象。
  • delete后的指针称为空悬指针（dangling pointer），即指向一块曾经保存数据对象但现在已经无效的内存的指针。
• 使用new和delete管理动态内存存在三个常见问题：
  • 1.忘记delete内存。
  • 2.使用已经释放掉的对象。
  • 3.同一块内存释放两次。
• 由内置指针(而不是智能指针)管理的动态内存在被显式释放前一直都会存在。坚持只使用智能指针可以避免上述所有问题。

3. shared_ptr和new结合使用

• 定义和改变shared_ptr的其他方法：

• 不要混合使用普通指针和智能指针。使用一个内置指针来访问一个智能指针所负责的对象是很危险的，因为无法知道对象何时会被销毁。
• get用来将指针的访问权限传递给代码，只有在确定代码不会delete指针的情况下，才能使用get。特别是，永远不要用get初始化另一个智能指针或者为另一个智能指针赋值。

4. 智能指针和异常

• 如果使用智能指针，即使程序块由于异常过早结束，智能指针类也能确保在内存不需要的时候将其释放。
• 智能指针陷阱：
  • 不用相同的内置指针初始化（或reset）多个智能指针
  • 不delete get()返回的指针。
  • 如果你使用get()返回的指针，记得当最后一个对应的智能指针销毁后，你的指针就无效了。
  • 如果你使用智能指针管理的资源不是new分配的内存，记住传递给它一个删除器。

5. unique_ptr

• 某一个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定的对象。
• 不支持拷贝或者赋值操作。
• 向后兼容：auto_ptr：老版本，具有unique_ptr的部分特性。特别是，不能在容器中保存auto_ptr，也不能从函数返回auto_ptr。
• unique_ptr操作:

6. weak_ptr

• weak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针。
• 指向一个由shared_ptr管理的对象，不改变shared_ptr的引用计数。
• 一旦最后一个指向对象的shared_ptr被销毁，对象就会被释放，不管有没有weak_ptr指向该对象。
• weak_ptr操作：

二、动态数组

• 大多数应用应该使用标准库容器而不是动态分配的数组，使用容器更加简单、更不容器出现内存管理错误并且有更好的性能。

1. new和数组

• new一个动态数组：
  • 类型名之后加一对方括号，指明分配的对象数目（必须是整型，不必是常量）。
  • 返回指向第一个对象的指针。
  • int *p = new int[size];
• delete一个动态数组：
  • delete [] p;
• unique_ptr和数组：
  • 指向数组的unique_ptr不支持成员访问运算符（点和箭头）。

2. allocator类

• 标准库allocator类定义在 头文件memory 中，帮助我们将内存分配和对象构造分离开。
• 分配的是原始的、未构造的内存。
• allocator是一个模板。
• allocator alloc;
• 在给定目的位置创建元素，而不是由系统分配内存给他们。
• 标准库allocator类及其算法：

• allocator伴随算法：

三、使用标准库：文本查询程序

需求描述：允许用户在一个给定文件中查询单词。查询结果是单词在文件中出现的次数及其所在行的列表。如果一个单词在一行中出现多次，此行只列出一次。行会按照升序输出。

任务拆解：

• 当程序读取输入文件时，它必须记住单词出的现每一行。因此，程序需要逐行读取输入文件，并将每一行分解为独立的单词。
• 当程序生成输出时：
  • 它必须能提取每个单词所关联的行号
  • 行号必须按升序出现且无重复
  • 它必须能打印给定行号中的文本
• code

原文：https://www.cnblogs.com/parzulpan/p/13463320.html