【C++学习】标准库：内存管理（总结C++primer第十二章）

• 静态内存：保存局部static变量、类的static数据成员及全局变量，由编译器自动创建和销毁；
• 栈内存：保存局部变量，由编译器自动创建和销毁；
• 程序的自由空间（堆，heap）：存储动态分配（程序运行时分配）的对象。

直接动态内存管理的运算符：

• new，在动态内存中为对象分配一个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。

问题：

• 忘记释放，内存泄漏。
• 过早释放，使用非法的引用或者指针。

解决：两个智能指针，和一个伴随类，定义在头文件memory中

• shares_ptr,允许多个指针同时指向一个对象；
• unique_ptr，独占一个对象；
• 伴随类weak_ptr，它是一个弱引用。指向的是shared_ptr所管理的对象。

shared_ptr类

• 智能指针实现的机制。依靠智能指针类里面的引用计数器成员，当进行拷贝时，引用计数增加；当一个局部ptr被销毁或者一个ptr被赋予新值时，引用计数器减少；当一个被引用对象的引用计数为0时，它的空间就会被自动释放。

• 智能指针是一个模板类，它的定义以及初始化方式如下：

  {
      shard_ptr p1;//指向string对象的空指针
      shared_ptr> p2;//指向int类型的list的空指针。
  }
  

• make_shared函数：分配和使用动态内存的方法：

  {
      auto p1 = make_shared(42);//p指向一个值为42的int类型。
      shared_ptr p2 = make_shared(10,'2');//p2指向内容为10个2的string类型。
      shared_ptr p3 = make_shared();//p3指向一个值初始化为0的int类型
  }
  

• shared_ptr和unique_ptr都支持的操作：

  操作名称	相关介绍
  shared_ptr sp;	空智能指针
  unique up;
  p	将p作为一个条件，非0返回true
  *p	解引用
  p->mem	等价于(*p).mem
  p.get()	返回与p指向同一个对象的内置指针。
  swap(p,q)	交换指针的值
  q.swap(q)

• shared_ptr独有的操作：

  操作名称	相关描述
  make_ptr(agrs)	返回一个指向动态分配的类型为T的对象的shared_ptr。该对象用args进行初始化。
  shared_ptr p(q)	进行拷贝初始化。q中的指针必须可以转换为T*，p是shared_ptr类型的指针。
  p = q	p,q都是shared_ptr，并且它们所指向的类型必须可以进行相互转换。
  p.use_count()	返回的是与p共享对象的智能指针的数量，可能很慢，主要用于调式。
  p.unique()	如果p.use_count()的数量为1，返回的是true，否则返回的是false

直接内存管理

• 使用new关键字创建指针分配的空间是没有命名的，返回的是指针指向该对象；
• 可以选择是否值初始化，const对象必须进行初始化（若定义默认构造函数的类类型可以隐式初始化）；
• delete销毁给定指向的对象，然后释放内存：
  • 不可以对同一个空间进行多次释放；
  • 只能对new关键字分配的内存或者空指针进行delete；
  • 由内置指针管理的动态内存在被显示释放前会一直存在；
• 空悬指针：指向一块曾经保存数据对象但现在已经无效（指针被delete）的内存的指针。

shared_ptr和new的结合使用（智能指针及内置指针）

• 可以用new返回的指针初始化（必须是直接初始化）智能指针：

  {
      shared_ptr p = new int(12);
      //错误，对于内置类型对shared_ptr的初始化，只能是直接初始化，不能是拷贝。
      // 因为智能指针将会对该内置指针指向的空间进行接管。
      shared_ptr p(new int(12));//正确
  
      //使用reset，用内置指针对智能指针赋值
      p.reset(new int(1024));
      // 使用显式地转换也可以。
      p = shared_ptr(new int(12));
  }
  

• 定义和改变shared_ptr的其他方法

  操作名称	相关描述
  shared_ptr p(q);	q是一个内置指针，p管理内置指针的空间。q必须是由new分配的，并且可以转换为T*
  shared_ptr p(u);	p从unique_ptr中接管对象，将u置为空。也就是unique_ptr和shared_ptr之间的转换。
  shared p(q,d);	同第一个操作，但使用可调用对象d代替delete
  shared_ptr p(p2,d)	p2是shared_ptr p2类型的拷贝，区别就是使用d来代替delete
  p.reset()	如果p是唯一指向其对象的shared_ptr，reset会释放这个对象。并将p置为空。
  p.reset(q)	此时指向的是内置指针q
  p.reset(q,d)	此时用d代替delete

• 不要混合使用普通指针和智能指针，也不要使用get初始化另一个智能指针或为智能指针赋值；

• 推荐使用make_shared而不是new。

unique_ptr

• 一个unique_ptr“拥有”它所指向的对象，即某个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定对象，可以认为它的引用计数只能为1；

• 除了与shared_ptr相同的操作，还支持以下操作：

  操作名称	相关描述
  unique_ptr u	空的智能指针。使用delete来释放空间
  unique_ptr u	u会调用D代替delete
  unique_ptru(d)	空的指针，hi用类型为D的d来重载delete
  u = nullptr	释放u指向的空间，并置为空指针
  u.release()	u放弃控制权，并返回一个内置指针。u置为空指针。没有释放空间
  u.reset()	**释放空间，并且u置为空。**如果u为空则无需释放。
  u.reset(q)	内置指针q。u释放所指向的空间，并且指向新的q。
  u.reset(nullptr)	效果同u.reset()

• unique_ptr不支持普通的拷贝或赋值，但可以通过调用release或reset将指针的所有权从一个非const的unique_ptr转移给另一个unique。

• 可以拷贝或赋值一个将要被销毁的unique_ptr，如函数的返回值。

weak_ptr

• 不会控制对象的生存期；

• 只能用shared_ptr初始化weak_ptr；

  {
      auto p = make_shared(42);
      weak_ptr q(p);
  }
  

• 由于是弱引用，它的引用不计入引用计数中，因此它可能是无效的，使用时需要进行判断，使用local：

  {
      if (shared_ptr q = wp.local())
      {
          //保证q是有效的
      }
  }
  

• 利用vector存储文本中的每一行。
• 利用istringstream对输入的每一行进行分解。
• 利用set存储每一个单词出现的所有行号。
• 利用map将每一个单词和它的set相互关联起来。
• 使用共享数据，shared_ptr（设计两个类）。