C++ Prime 0x0C 学习笔记

Posted 2022-02-06 鱼竿钓鱼干

📔 C++ Prime 0x0C 学习笔记

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12.1 动态内存与智能指针

• 运算符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初始化
• 运算符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
• 智能指针负责自动释放所指向的对象，定义在memory头文件中
  • 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是一种弱引用，指向shared_ptr所管理的对象

12.1.1 shared_ptr 类

• 智能指针也是模板

• 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

• 当进行拷贝或赋值操作时，每个shared_ptr都会记录有多少个其他shared_ptr指向相同的对象，可以认为关联了一个计数器（通常称引用计数，具体用什么数据结构实现，完全由标准库的具体实现来决定）

• 当我们给shared_ptr赋予一个新值或是shared_ptr被销毁，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

• 当指向一个对象的最后一个shared_ptr被销毁时，shared_ptr类会自动通过析构函数销毁此对象

• shared_ptr还会自动释放相关联的内存

• 如果你将shared_ptr存放于一个容器中，而后不再需要全部元素，只用部分，记得要用erase删除不再需要的元素

• 程序使用动态内存出于三种原因之一

  • 程序不知道自己需要使用多少对象
  • 程序不知道所需对象的准确类型
  • 程序不知道需要在多少个对象之间共享数据，使用动态内存的一个常见原因是允许多个对象共享相同状态

• 如果两个对象共享底层数据，当某个对象被销毁是，我们不能单方面地销毁底层数据

12.1.2 直接管理内存

• 在自由空间分配的内存是无名的，因此new无法为其分配的对象明明，而是非那会一个指向该对象的指针

• 默认情况下，动态分配的对象是默认初始化的，我们也可以进行值初始化

• 用new分配const对象是合法的，返回的指针是一个指向const的指针，一个动态分配的const对象必须初始化

• 默认情况下，new不能分配所要求内存空间，会跑出一个类型为bad_alloc的异常。我们也可以改变使用new的方式阻止跑出异常(定位new)

  int *p2 = new (nothrow) int;//如果分配失败，返回空指针
  

• delete执行两个动作：销毁给定指针指向的对象，释放对应的内存

• 我们传递给delete的指针必须指向动态分配的内存或是一个空指针，释放一个并非new分配的内存，或将相同的指针值释放多次的行为是未定义的

• 动态对象的生存期直到被释放时为止

• 与类类型不同，内置类型的对象被销毁时什么也不会发生。特别是当一个指针离开其作用域时，它所指向的对象什么也不会发生，如果指向的是动态内存，那么内存不会被自动释放

• 由内置指针管理的动态内存被显式释放前一直都会存在

• 使用new和delete管理动态内存存在三个常见问题，坚持只用智能指针可以避免这些问题

  • 忘记delete内存
  • 使用已经释放掉的对象
  • 对同一块内存释放两次

• delete一个指针后，指针值就无效了。虽然指针已经无效，但是很多机器上指针仍然保存着已经释放了动态内存的地址。在delete之后，指针变成空悬指针，指向一块曾经保存对象但现在已经无效的内存的指针。所以要在delete后将nullptr赋予指针。（但这只是有限的保护了这一个指针，不能影响其他指向该内存的指针）

12.1.3 shared_ptr 和 new 结合使用

• 如果我们不初始化一个智能指针，它就会被初始化为一个空指针

• 可以用new返回的指针来初始化智能指针，接受指针参数的智能指针构造函数是explicit的，因此不能将一个内置指针隐式转换为一个智能指针，必须使用直接初始化形式来初始化一个智能指针（但不建议使用，最好用make_shared)

• 默认情况下一个用来初始化智能指针的普通指针必须指向动态内存，因为智能指针默认用delete释放对象

• 不要混合使用普通指针和智能指针，shared_ptr可以协调对象的析构，但这仅限其自身的拷贝(也是shared_ptr)之间。所以推荐使用make_shared,而不是new。这样，我们就能在分配对象的同时就将shared_ptr与之绑定，从而避免了无意中将同一块内存绑定到多个独立创建的shared_ptr上

• 智能指针类型定义了一个名为get的函数，返回一个内置指针，指向智能指针管理的对象。用来解决这样的情况：我们需要向不能使用智能指针的代码传递一个内置指针

• get返回的指针的代码不能delete此指针

• 不要使用get初始化另一个智能指针或为智能指针赋值

• reset将一个新的指针赋予一个shared_ptr，会更新引用计数

• unique检查自己是否是当前对象的仅有用户

12.1.4 智能指针和异常

• 当发生异常时，我们直接管理的内存是不会自动释放的。如果使用内置指针管理内存，且在new之后对应的delete之前发生了异常，则内存不会被释放掉
• 如果用shared_ptr来管理不是动态内存的资源，我们需要定义一个函数来代替delete
• 智能指针使用规范
  • 不使用相同的内置指针初始化（或reset）多个智能指针
  • 不delete通过get()返回的指针
  • 不使用get()初始化或reset另一个智能指针
  • 如果你使用get()返回的指针，记住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

12.1.5 unique_ptr

• 一个unique_ptr拥有它所指向的对象，某个时刻只能有一个unique_ptr指向一个给定对象，当unique_ptr被销毁时，它所指向的对象也被销毁
• unique_ptr没有类似make_shared的标准库函数，当我们定义一个unique_ptr时，需要绑定到一个new返回的指针上且必须采用直接初始化的方式进行初始化
• **我们不能拷贝或赋值unique_ptr**但是可以通过调用release或reset将指针的所有权从一个（非const）unique_ptr转移给另一个
• 较早标准库包含了一个名为auto_ptr的类，具有unique_ptr的部分特性但不是全部。我们不能在容器中保存auto_ptr,也不能从函数中返回auto_ptr
• u.release()：u放弃对指针的控制权，返回指针，并将u置为空
• u.reset(q)：接受一个可选的指针参数，令unique_ptr重新指向给定的指针，如果unique_ptr原来不为空，它原来指向的对象被释放
• 不能拷贝unique_ptr规则有个例外，我们可以拷贝或赋值一个将要被销毁的unique_ptr,最常见的就是从函数返回一个unique_ptr
• unique_ptr默认情况下使用delete释放它指向的对象，我们可以传递一个删除器。但是unique_ptr管理删除器的方式和shared_ptr不一样。
• 重载一个unique_ptr中的删除器会影响到unique_ptr类型以及如何构造（或reset）该类型的对象

12.1.6 weak_ptr

• weak_ptr是一种不控制所指向对象生存期的智能指针，它指向一个shared_ptr管理的对象
• 将一个weak_ptr绑定到一个shared_ptr不会改变shared_ptr的引用计数。如果最后一个shared_ptr被释放销毁了，即使有weak_ptr，对象也会被释放。这就是weak,弱共享对象。
• 由于对象可能不存在，我们不能使用weak_ptr直接访问对象，而必须调用lock。lock检查对象是否存在，如果存在，返回一个指向共享对象的shared_ptr
• 通过使用weak_ptr，不会影响一个给定的对象的生存期，但是可以阻止用户访问一个不再存在的对象的企图

12.2 动态数组

• 标准库包含一个名为allocator的类，允许我们将分配和初始化分离，使用allocator通常会提供更好的性能和更灵活的内存管理能力
• 实际上大多数应用没有直接访问动态数组的需求，当一个应用需要可变数量对象时，使用vector会更方便，使用容器的类可以使用默认版本的拷贝、赋值和析构操作
• 分配动态数组的类必须定义自己版本的操作，在拷贝、复制以及销毁对象时管理所关联的内存

12.2.1 new 和数组

• 通常称new T[]分配的内存为动态数组，但要记住它并不是数组类型，我们得到一个数组元素类型的指针
• new int[10]10个还没初始化的int，new int[10]()10个值初始化为0的int
• new T[]分配的内存也不是数组类型，这意味着
  • 不能对动态数组调用begin或end
  • 不能用范围for语句来处理其中的元素
• 可以采用int* pia2 = new int[10]();10个值初始化为0的int 。这样空括号对的方式进行值初始化，但不能在括号中给出初始化器，这意味着不能用auto分配数组
• 动态分配一个空数组是合法的，返回一个合法的非空指针。此指针保证与new返回的其他任何指针不同，可以在此指针上加减0，也可以减去自身得到0,但不能解引用
• 使用delete []pa;释放动态数组
• 可以使用unique_ptr来管理new分配的数组，当unique_ptr销毁它管理的指针时，会自动使用delete[]；shared_ptr不直接支持管理动态数组，需要自定义删除器，而且也没支持下标和指针算术运算，需要通过get()获取一个内置指针来访问
• 当一个unique_ptr指向一个数组时
  • 不能用点和箭头运算符，因为是数组而不是单个对象
  • 可以用下标运算符来访问数组中的元素

12.2.2 allocator 类

• new将内存分配和对象构造组合到一起，delete将对象析构和内存释放组合到一起。这是灵活性上的一些局限，可能会导致一些不必要的浪费
• allocator类帮助我们将内存分配和对象构造分离开来。提供一种类型感知的内存分配方法，它分配的内存是原始的，未构造的。我们按需在此内存中构造对象。
• allocator是一个模板
• 为了使用allocate返回的内存，我们必须用construct构造对象。使用未构造的内存是未定义行为
• 只能对真正构造了的元素进行destroy操作，来销毁元素
• 元素被销毁后，可以重新使用这些内存保存其他东西，也可以将其归还给系统。释放内存通过调用deallocate来完成
• 通过uninitialized_copy和uninitialized_fill函数可以在给定的目的位置穿件元素，而不是系统分配内存给它们

12.3 使用标准库：文本查询程序

• 如果两个类概念上共享了数据，可以使用shared_ptr来反映数据结构中的这种共享关系
• 当我们设计一个类时，真正实现成员之前先编写程序使用这个类，是一种非常有用的方法