內(nèi)存類型分類

1 靜態(tài)內(nèi)存

靜態(tài)內(nèi)存用來(lái)保存局部static對(duì)象，類static數(shù)據(jù)成員，以及定義在任何函數(shù)之外的變量。

2 棧內(nèi)存

棧內(nèi)存用來(lái)保存定義在函數(shù)內(nèi)的非static對(duì)象。分配在靜態(tài)內(nèi)存和棧內(nèi)存的變量由編譯器自動(dòng)創(chuàng)建和銷毀。

3 堆內(nèi)存（自由空間）

用來(lái)存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)內(nèi)存，動(dòng)態(tài)對(duì)象的創(chuàng)建和銷毀都由代碼顯式操作。

智能指針

C++中內(nèi)存的管理是通過(guò)new和delete完成的，由于內(nèi)存的釋放容易遺漏，所以內(nèi)存泄漏時(shí)常發(fā)生。

為了更容易且更安全地使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存，新標(biāo)準(zhǔn)在memory頭文件中定義了shared_ptr、unique_ptr 和weak_ptr三種智能指針來(lái)管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存。

1 shared_ptr

1.1 使用說(shuō)明

智能指針也是模板，需要提供所指向的對(duì)象，默認(rèn)初始化的智能指針中保存著一個(gè)空指針。

shared_ptr<string> p1;    //可以指向string類型
shared_ptr<list<int>> p2; //可以指向list<int>類型

if(p1 && p1->empty())   //如果p1為空，則將“hi”賦予string
        *p1 = "hi";

1.2 shared_ptr和unique_ptr都支持的操作

p.get();//返回p中保存的指針，當(dāng)智能指針釋放了其對(duì)象，返回的指針?biāo)赶虻膶?duì)象也被銷毀了
swap(p,q);  //交換p和q中指針
q.swap(p);  //同上

局部shared_ptr離開其作用域，引用計(jì)數(shù)會(huì)遞減，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，就會(huì)自動(dòng)釋放它所管理的內(nèi)存。

1.3 僅shared_ptr支持的操作

make_shared<T>(args);  //返回一個(gè)shared_ptr指向一個(gè)T對(duì)象，并用args初始化對(duì)象
shared_ptr<T> p(q);  //p是q的拷貝，此操作遞增q中計(jì)數(shù)器
p = q;  //遞減p中計(jì)數(shù)器，遞增q中計(jì)數(shù)器
p.unique();  //若p.use_count()為1,返回true，否則false
p.use_count();  //返回指針的引用計(jì)數(shù)，一旦計(jì)數(shù)為0,指針會(huì)釋放自己管理的對(duì)象。

1.4 使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存的三個(gè)原因

• 程序不知道自己需要使用多少對(duì)象
• 程序不知道所需對(duì)象的準(zhǔn)確類型
• 程序需要在多個(gè)對(duì)象之間共享數(shù)據(jù)

以下是由于第三個(gè)原因使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存的例子

template<typename T>
class Test{
public:
    Test():data(make_shared<vector<T>>()){}
    Test(std::initiallizer_list<T> li):data(make_shared<vector<T>>(li)){}//列表初始化
    void pop_back() {data->pop_back();}
    T& top() const {return data->back();}
    bool empty() const {return data->empty();}
    size_t size() const {return data->size();}
    void push_back(const T& d){data->push_back(d);}
private:
    shared_ptr<vector<T>> data;
};

1.5 new和delete動(dòng)態(tài)用法

string *s = new string;
string *s = new string("2333");
auto p = new auto(obj);//括號(hào)中必須只有單一初始化器才能這么用
auto p = new auto({a,b});//錯(cuò)誤用法
//正常情況下，new失敗會(huì)拋出std::bad_alloc異常
int * p = new (nothrow) int;//若分配失敗，返回空指針，稱為定位new
delete p;
delete []p;

shared_ptr<int> p(new int(10));//正確用法
shared_ptr<int> p = new int(10);//錯(cuò)誤用法，必須使用直接初始化
shared_ptr<int> f(){
    return new int;//不允許隱式轉(zhuǎn)換，錯(cuò)誤用法
}
shared_ptr<int> f(){
    returb shared_ptr<int>(new int);//智能指針式explicit的，正確用法
}

1.6 定義和改變shared_ptr

1）shared_ptr<T> p(q);
p管理內(nèi)置指針q所指向的對(duì)象，q必須指向new分配的內(nèi)存，且能轉(zhuǎn)換成T*類型

2）shared_ptr<T> p(u);
p從unique_ptr u哪里接管對(duì)象的所有權(quán)，并將u置為空

3）shared_ptr<T> p(q,d);
p接管內(nèi)置指針q所指向?qū)ο蟮乃袡?quán)，p將使用可調(diào)用對(duì)象d來(lái)代替delete

4）shared_ptr<T> p(p2,d);
p是shared_ptr p2的拷貝，并p調(diào)用可調(diào)用對(duì)象d來(lái)代替delete

5）p.reset();
如果p是唯一指向?qū)ο蟮膕hared_ptr，reset會(huì)釋放此對(duì)象

p.reset(q);
若傳遞了可選的參數(shù)內(nèi)置指針q，會(huì)令p指向q，否則將p置空

p.reset(q,d);
若還傳遞了可選參數(shù)d，將會(huì)調(diào)用d而不是delete釋放q

//注意：
//1. 雖然C++提供了內(nèi)置指針和智能指針的轉(zhuǎn)換，但是不要混用兩種指針
//2. 不要使用get初始化另一個(gè)智能指針或?yàn)橹悄苤羔樫x值
//3. 當(dāng)將shared_ptr綁定到一個(gè)普通指針時(shí)，內(nèi)存管理的責(zé)任已經(jīng)交給了此shared_ptr，
//不能再使用內(nèi)置指針來(lái)訪問(wèn)原來(lái)指向的內(nèi)存了
//4. shared_ptr不支持下標(biāo)運(yùn)算法，只能使用點(diǎn)和箭頭運(yùn)算符

2 unique_ptr

與shared_ptr不同的是，某個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)unique_ptr指向一個(gè)給定對(duì)象，當(dāng)unique_ptr被銷毀時(shí)，它所指向的對(duì)象也被銷毀。定義一個(gè)unique_ptr時(shí)，必須將它綁定到一個(gè)new返回的指針上。

unique_ptr<double>  p1;
unique_ptr<int> p2(new int(43));

因?yàn)橐粋€(gè)unique擁有一個(gè)對(duì)象，所以它不支持普通的拷貝或賦值操作，除上文所提到的操作外，unique_ptr還支持：

1)unique_ptr<T,D> u2;
定義一個(gè)空的u2,u2會(huì)使用一個(gè)類型為D的可調(diào)用對(duì)象來(lái)釋放它的指針

2)unique_ptr<T,D> u(d);
定義一個(gè)空的u，指向類型為T的對(duì)象，用類型為D的對(duì)象d代替delete

3)u = nullptr;
釋放u指向的對(duì)象，將u設(shè)為空

4)u.release();
u放棄對(duì)指針的所有權(quán)，返回指針，并將u置為空

5)u.reset();
釋放u指向的對(duì)象

u.reset(q);
如果提供了內(nèi)置指針q，則令u指向這個(gè)對(duì)象，否則將u置空

u.reset(nullptr);
//注意：unique_ptr只能使用下標(biāo)運(yùn)算符，不能使用點(diǎn)和箭頭運(yùn)算符

3 weak_ptr

shared_ptr類似于操作系統(tǒng)中的硬鏈接，weak_ptr則與軟鏈接相似。weak_ptr是一種不控制所指向?qū)ο笊嬷芷诘闹悄苤羔?，它指向一個(gè)由shared_ptr管理的對(duì)象，將一個(gè)weak_ptr綁定到shared_ptr不會(huì)改變shared_ptr的引用計(jì)數(shù)。

weak_ptr<T> w;
weak_ptr<T> w(sp);
w = p;//p 為weak ptr或者shared ptr
w.reset();//將w置為空
w.use_count();
w.expired();//若w.use_count()為0,則為true，否則false
w.lock();//若expired返回true，則返回一個(gè)空shared_ptr，否則指向w的shared_ptr