Chapter12：动态内存

Posted 2020-08-06 wangyanphp

• 智能指针——shared_ptr

为了更容易地使用动态内存，新的标准提供了智能指针来管理动态对象。智能指针的行为类似常规指针，重要的区别是它负责自动释放指向的对象。

 

智能指针的使用方式与普通指针类似。解引用一个智能指针返回它指向的对象。

1 if (p1 && p1->empty())

 

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

make_shared<T>(args); //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。

 

shared_ptr自动销毁所管理的对象，还会自动释放相关联的内存。

shared_ptr在无用之后仍然保留的一种可能是：你将shared_ptr存放在一个容器中，随后重排了容器，从而不在需要某些元素。这个时候你应该确保使用erase删除那些不再需要的shared_ptr的元素。

 

 

• 使用了动态生存期的资源的类

（三种情况）

1. 程序不知道自己需要使用多少对象；例如容器类。

2. 程序不知道所需对象的准确类型；例如派生与继承。

3. 程序需要在多个对象间共享数据；到目前为止，我们使用过的类中，分配的资源都与对应对象生存期一致；但某些类分配的资源具有与原对象相独立的生存期，即：当某个对象被销毁时，我们不能单方面地销毁底层数据。

定义需要共享数据的类时，重点要考虑的是初始化、赋值、拷贝、销毁等拷贝控制得问题。

 

 

• 直接管理内存：new/delete

初始化：

默认情况下，动态分配的对象时默认初始化的，这意味着内置类型或组合类型的对象的值是未定义的，而类类型对象将用默认构造函数进行初始化；

对于定义了自己的构造函数的类类型来说，要求值初始化没有意义；不管采用什么形式，对象都会通过默认构造函数来初始化；

1 string *ps1 = new string; //默认初始化为空string
2 string *ps2 = new string(); //默认初始化为空string
3 
4 int* pi1 = new int;//默认初始化；*pi1的值未定义
5 int* pi1 = new int(); //值初始化为0

 

delete：

释放一块并非new分配的内存，或者将相同的指针值释放多次，其行为是未定义的。

动态对象的生存期知道被释放时为止；

delete之后的指针值就变为无效了。虽然指针已经无效，但是很多机器上指针仍然保存着动态内存的地址。此时指针就变为空悬指针（dangling pointer），最好在delete之后将nullptr赋予指针。

动态内存的一个基本问题是：可能多个直着你指向相同的内存，而在实际系统中，查找相同内存的所有指针是异常困难的。

 

 

• shared_ptr+new

接受指针参数的智能指针构造函数是explicit的，因此我们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。

1 shared_ptr<int> p1 = new int(1024);//错误，必须使用直接初始化形式
2 shared_ptr<int> p2(new int(1024));//正确，使用直接初始化形式

不要混合使用普通指针和智能指针——以防止同一块内存绑定到多个独立创建的shared_ptr上——推荐使用make_shared，而不是new。

 1 void process(shared_ptr<int> ptr)
 2 {//参数按值传递，发生拷贝操作
 3 }
 4 
 5 shared_ptr<int> p(new int(42));
 6 process(p);//在process中引用计数为2
 7 int i = *p;//引用计数为1
 8 
 9 int *x(new int(42));//x是普通指针
10 process(x);//错误
11 process(shared_ptr<int>(x));//会释放x的内存
12 int j = *x;

当将一个shared_ptr绑定到一个普通指针时，我们就将内存管理责任交给了这个shared_ptr。一旦这样做了，我们就不应该再使用内置指针来访问shared_ptr所指向的内存了；

使用一个内置指针来访问一个智能指针所负责的对象时很危险的，因为我们无法知道对象何时会被销毁。

 

不要使用get初始化另一个智能指针或为智能指针赋值——以防止同一块内存绑定到多个独立创建的shared_ptr上。

 

unique（）：在改变对象之前，我们要检查自己是否是当前对象的仅有的用户。如果不是，在改变之前，我们可能需要制作一份新的拷贝。

1 if (!p.unique())
2     p.reset(new string(*p));

 

智能指针使用规范：

1. 不使用相同的内置指针值初始化（或reset）多个智能指针；

2. 不 delete get（）返回的指针；

3. 不使用get（）初始化或reset另一个智能指针；

4. 如果使用了get（）返回的指针，记住当最后一个对应的智能指针销毁后，你的指针就变成无效了；

5. 如果你使用智能指针管理的资源不是new分配的内存，记住传递一个删除器给它。

 

 

• 动态数组

标准库提供了一个可以管理new分配的数组的unique_ptr版本。为了用一个unique_ptr管理动态数组，我们必须在对象类型后面加一对空括号：

unique_ptr<int []> up(new int[10]>;
up.release();//自动用delete[]销毁其指针

与unique_ptr不同，shared_ptr不直接支持管理动态数组。如果希望使用shared_ptr管理动态数组，必须提供自己定义的删除器：

1 shared_ptr<int> sp(new int[10], [](int *p) {delete[] p; });
2 sp.reset();//使用lambda释放数组

1 for (size_t i = 0; i != 10; ++i)
2 {
3     up[i] = i;
4     *(sp.get() + i) = i;
5 }

 

 

• allocator类

new有一些灵活性上的局限，其中一方面表现在它将内存分配和对象构造组合在一起。类似的，delete将对象析构和内存释放组合在一起；

当分配一大块内存时，我们通常计划在这块内存上按需构造对象。在此情况下，我们希望将内存分配和对象构造分离。这意味着我们可以分配大块内存，但只在真正需要时才执行对象创建工作。

allocator的两个伴随算法：

1 uninitialized_copy(b, e, b2);//从迭代器b和e指定的范围拷贝元素到迭代器b2指定的未构造的原始内存中。
2 uninitialized_copy_n(b, n, b2)

1 uninitialized_fill(b, e, t);//在迭代器b和e指定的原始内存范围内创建对象，值均为t的拷贝；
2 uninitialized_fill_n(b, n, t)