动态内存与智能指针

红太狼 2022-12-11 07:27 190阅读 0赞

# 动态内存与智能指针 #

## 1 对象和内存 ##

#### 程序中对象的种类和生命周期 ####

*  **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**：在进入定义它的程序块时被创建，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。
 *  **动态分配对象**：动态分配的对象的生存期由程序来控制，只有当它们被程序显式地释放时，这些对象才会被销毁。

#### 内存的种类 ####

*  **静态内存**：用来存放局部static对象、类static数据成员以及定义在任何函数之外的变量。
 *  **栈内存**：用来存放定义在函数内的非static对象。
 *  **内存池**（自由空间、**堆**）：用来存储动态分配的对象，即那些在程序运行时分配的对象。

【注】分配在静态或栈内存中的对象由编译器自动创建和销毁，而堆中的动态对象则需要我们在代码中显式销毁。

## 2 动态内存的管理 ##

在C++中，动态内存的管理是通过一对运算符来完成的：

*  **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，我们可以选择对对象进行初始化。
 *  **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。

## 3 智能指针 ##

由于动态内存的使用很容易出现问题，因为确保在正确的时间释放内存是非常困难的。有时候我们会忘记释放内存，在这种情况下就会产生内存泄漏；有时候在尚有指针应用内存的情况下我们就释放了它，这种情况下就会产生引用非法内存的指针。

为了更容易、更安全的使用动态内存，C++11提供了两种智能指针（smart point）类型来管理动态对象，都在头文件之中。智能指针的行为类似于常规指针，重要的区别是它负责**自动释放**所指向的对象。

*  **shared\_ptr**：允许多个指针指向同一个对象。
 *  **unique\_ptr**：该指针“独占”所指向的对象。

**shared\_ptr和unique\_ptr都支持的操作**：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>代码</th> 
   <th>操作</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>shared_ptr&lt;T&gt; sp</td> 
   <td>创建一个空智能指针（共享），可以指向类型为T的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>unique_ptr&lt;T&gt; up</td> 
   <td>创建一个空智能指针（独占），可以指向类型为T的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p</td> 
   <td>将p用作一个条件判断，若p指向一个对象，则为true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>*p</td> 
   <td>解引用，或者p指向的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p-&gt;mem</td> 
   <td>等价于(*p).mem</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p.get()</td> 
   <td>返回p中保存的指针。要小心使用，若智能释放了其对象，返回的指针所指向的对象也就消失了</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>swap(p,q)</td> 
   <td>交换p和q中的指针</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p.swap(q)</td> 
   <td>同上</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**shared\_ptr独有的操作**：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>代码</th> 
   <th>操作</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>make_shared&lt;T&gt;(args)</td> 
   <td>返回一个shared_ptr，指向一个动态分配的类型为T的对象。使用args初始化此对象。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>shared_ptr&lt;T&gt; p(q)</td> 
   <td>p是shared_ptr q的拷贝；此操作会递增q中的引用计数。q中的指针必须能够转换为T*</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p = q</td> 
   <td>p和q都是shared_ptr，所保存的指针必须能够互相转换。此操作会递减p的引用计数，递增q的引用计数；若p的引用计数为0，则将其管理的原内存释放</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p.unique()</td> 
   <td>若p.use_count()为1，返回true，否则返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>p.use_count()</td> 
   <td>返回与p共享对象的智能指针数量；可能很慢，主要用于调试</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 智能指针的创建和初始化 ####

类似于vector，智能指针也是模版。因此，当我们创建一个智能指针时，必须在尖括号内给出类型。

shared_ptr<string> p1;		//创建一个指向string的智能指针
    shared_ptr<list<int>> p2;	//创建一个指向list<int>的智能指针

最安全的分配和使用动态内存的方法是调用一个名为make\_shared的标准库函数。此函数在动态内存中分配一个对象并初始化它，返回指向此对象的shared\_ptr。

shared_ptr<int> p3 = make_shared<int>(42);				//指向一个值为42的int的shared_ptr
    shared_ptr<string> p4 = make_shared<string>(10, '9'); 	//指向一个值为“9999999999”的string的shared_ptr
    shared_ptr<string> p5 = make_shared<int>();				//p5指向一个值初始化的int，即值为0
    auto p6 = make_shared<vector<string>>();				//也可以用auto来定义一个shared_ptr对象