C++内存管理-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/brighlee/article/details/73504208

前言

对象有生命周期，C++对象的生命周期与存储位置是息息相关的。

C++对象按照创建位置可以分为全局对象、局部对象、局部静态对象。他们的生命周期是固定的，由编译器创建和销毁。另外，C++支持动态分配对象，动态对象的分配和释放需要程序显示的操作。

C++内存分为静态存储区、栈内存、堆内存三种。

静态内存：保存局部static对象、类static数据成员、全局变量
栈内存：保存函数内定义的非static对象
堆内存：存储动态分配的对象

静态内存随程序启动直到程序结束为止，栈内存随方法调用直到方法返回结束，堆内存随程序分配到程序释放为止（最后一定会被系统收回）。

动态内存

C++最常用的内存管理是通过 new / delete 来完成的。new，在动态内存为对象分配空间并返回一个该对象的指针，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，销毁对象，并释放内存。注意，这里每个操作都有两个子操作

new : 分配空间，初始化
delete : 销毁对象，释放空间

新的标准库提供了分别进行子操作的能力，能够提高性能，后面会介绍。

注意:

默认情况下，new 动态分配的对象是默认初始化的，即内置对象值是未定义的，类类型对象使用默认构造函数

注意:

内置指针管理的动态内存直到被显示释放之前会一直存在

//new 
int *pi = new int; // pi 指向动态分配的，未初始化的无名对象
string *ps = new string; // 初始化为空串

int *pi = new int(1024); // 直接初始化
string *ps = new string(10, '9'); // "9999999999"
vector<int> *pv = new vector<int>{0, 1, 2, 3, 4};

int *pi = new int(); // 值初始化为0

//delete 
delete pi; // 传递给delete的指针必须是指向动态分配的内存或者空指针
delete ps;
delete pv;

const int *pci = new const int(1024);
delete pci; // const对象值不能改变，但是本身可以被销毁

//数组
int *pia = new int[get_size()]; // pia 指向第一个int
int *pia2 = new int[10](); // 初始化为0
int *pia3 = new int[10]{0, 1} // 0, 1, 0, 0, 0, 0...

char arr[0]; // 错误：不能定义长度为0的数组
char *cp = new char[0]; // 正确：但cp不能解引用

delete [] pa;

容易出错的三点：

忘记delete
使用已经释放的对象（一定要记得释放之后设置为空指针）
同一块内存释放两次

智能指针

前面我们提到使用内置的new / delete操作动态内存，会导致一些问题，这些问题主要是程序员的错误导致的。另外，动态分配内存会绑定分配空间和初始化的操作。特定的场景下性能不佳。因此，C++新的标准库为我们提供了智能指针。

需要提一下的是，有一些其他的著名的C++库也提供智能指针，比如boost library，这里就不对他们进行分析了。工程上遇到了问题再去了解也不迟。

C++primer提到的标准库两种智能指针，shared_ptr和 unique_ptr，还有一个伴随类weak_ptr。shared_ptr允许多个指针指向同一对象，unique_ptr则“独占”所指向的对象。三种类型都定义在memory头文件里

shared_ptr 类

#include <memory>

shared_ptr<string> p1; // 空智能指针
if (p1) {} // p指向一个对象，则为true
*p; // 解引用
p.get(); // 返回p中保存的指针
swap(p, q); // 交换指针
p.swap(q);

auto p = make_shared<T>(arg); // 返回一个shared_ptr，指向用args初始化的对象
auto q = shared_ptr(p); // q是p的拷贝；增加p的计数器
p = q; // 递减p的计数器，增加q的计数器，若计数器为0，则释放内存
p.unique(); // 是否只有一个引用
p.use_count(); // 返回共享对象的智能指针数量，可能很慢

unique_ptr 类

#include <memory>

unique_ptr<string> p1;
unique_ptr<string> p2(new int(42));

unique_ptr<string> p3(p2); // 错误，unique_str独占对象，因此没有拷贝或者复制操作

unique_ptr<string> p3 = p2; // 错误

u = nullptr; // 释放对象，将u置空
u.release(); // u放弃对指针的控制权，返回指针，并将u置空
u.reset(); // 释放对象，将u置空
u.reset(q); // q是内置指针

p2.reset(p3.release()); // 将p3 转移给p2

allocator 类

#include <memory>

allocator<string> alloc; // 可以分配string的allocator对象
auto const p = alloc.allocate(n); // 分配n个未初始化的string

auto q = p; // q指向未构造空间的首地址
alloc.construct(q ++);
alloc.construct(q ++, 10, 'c');
alloc.construct(q ++, "hi");

cout << *p;

while(q != p) // 释放空间，首先destroy，然后deallocate
    alloc.destory(-- q);
alloc.deallocate(p, n);

auto p = alloc.allocate(vi.size() * 2); // 拷贝一个vector数组为两倍，并在后面填充42
auto q = uninitialized_copy(vi.begin(), vi.end(), p);
uninitialized_fill_n(q, vi.size(), 42);