内存管理和智能指针

内存管理和智能指针

目录

• C++中五大存储区
• 静态内存和动态内存
• • 静态内存和栈内存
  • 动态内存和智能指针
  • 直接管理内存
  • 智能指针类
  • • shared_ptr的使用
    • shared_ptr与make_shared函数
    • make_shared函数与auto

C++中五大存储区

1. 栈：保存局部变量和函数的参数。栈上的内容只在函数范围内存在，当函数运行结束的时候，这些内容也会自动销毁。其特点是效率高但是空间大小有限。向低地址生长。
2. 堆：由程序员自己创建并维护，通过malloc系列函数或者new *** 作符分配的内存。其生命周期由free和delete决定。在没有释放之前一直存在，直到程序结束。其特点是使用灵活，空间比较大，但容易出错。
3. 全局/静态存储区：存储程序的静态（static）变量以及全局变量，整个程序的生命周期都存在的。
4. 常量存储区：这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改。
5. 代码区：存放函数体的二进制代码。

静态内存和动态内存 静态内存和栈内存

1. 所谓静态内存是用来保存一个程序中局部 static 对象、类 static 对象以及定义在任何函数之外的变量。 而栈内存是用来保存定义在函数内的非 static 对象。
2. 分配在静态或栈内存中的对象由编译器自动创建和销毁。
3. 除了静态内存和栈内存之外，每个程序还拥有一个内存池。这部分内存被称作自由空间或堆。
4. 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。动态对象的生命周期由程序来控制，也就是说，当动态对象不再使用的时候，必须由我们自己编写的代码显式地销毁它们。

动态内存和智能指针

1. 除了自动对象和 static 对象外，C++ 还支持动态分配对象。 动态分配的对象的生存期与它们在哪里创建是无关的，只有当显式地被释放时，这些对象才会销毁。

2. 动态对象的正确释放也是我们编程中极其容易出错的地方。

3. 为了更安全地使用动态内存，标准库定义了两个智能指针类型来管理动态分配的对象 ，当一个对象被释放时，指向它的智能指针可以确保自动地释放它。

4. 一般来说，我们在程序中，使用动态内存的三个原因：

   程序不清楚使用对象数量；
   不清楚对象类型；
   要在多个对象之间共享数据。

直接管理内存

1. 使用new和delete直接管理动态内存，包含此 *** 作的类不能使用默认的析构函数和赋值拷贝。

2. new动态分配的对象是默认初始化的，类类型调用默认构造函数。也可以使用直接初始化、列表初始化和值初始化。

3. 类类型的值初始化调用默认构造函数，内置类型值初始化为一个类似0的初值而非未定义。

4. 动态分配const对象必须初始化。

5. 为了防止内存耗尽抛出异常，可以为new输入参数nothrow，叫做定位new。

6. delete只能释放使用new分配的对象，而且不能重复释放。

7. 内置指针动态分配的对象在显示删除之前一直存在。

智能指针类

智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动的释放所指向的对象。

1. shared_ptr：允许多个指针指向同一个对象，shared_ptr 调用类的析构函数销毁对象并且释放对象关联的内存。保证有共享指针指向的对象一直存在，因此需要保证删除不需要的共享指针。特别是在容器中。
2. unique_ptr：“独占”所指向的对象。
3. weak_ptr：一种弱引用，指向 shared_ptr 所管理的对象。

类似vector，智能指针也是模板。因此，当创建一个智能指针时，必须提供额外的信息，指针指向的类型。

shared_ptr的使用

与vector一样，在尖括号内给出类型，之后是所定义的这种智能指针的名字：

shared_ptr p1; //定义一个shared_ptr智能指针p1，指向string
shared_ptr> p2; //定义一个shared_ptr智能指针p2，指向类型是int的list

shared_ptr与make_shared函数

最安全的分配和使用动态内存的方法就是调用一个名为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。头文件和share_ptr相同，make_shared的头文件也定义在memory中。
当要使用make_shared时，必须指定想要创建对象的类型，定义格式与模板类相同。在函数名之后跟一个尖括号，在其中给出类型：

//指向一个值为42的int的shared_ptr
shared_ptr p3 = make_shared(42);
//指向一个值为"9999999999"的string的shared_ptr
shared_ptr p4 = make_shared(10,'9');
//指向一个值初始化为0的int的shared_ptr
shared_ptr p5 = make_shared();

make_shared函数与auto

我们可以认为每个shared_ptr都有一个关联的计数器，通常称其为引用计数，无论何时我们拷贝一个shared_ptr，计数器都会递增。当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁（例如一个局部的shared_ptr离开其作用域）时，计数器就会递减，一旦一个shared_ptr的计数器变为0,它就会自动释放自己所管理的对象。

auto r = make_shared(42);//r指向的int只有一个引用者
r=q;//给r赋值，令它指向另一个地址
	//递增q指向的对象的引用计数
	//递减r原来指向的对象的引用计数
	//r原来指向的对象已没有引用者，会自动释放

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2021.11.24
软件园