C++ dyncamic memory

概述

每一个C程序都把内存划分成静态内存，栈内存，堆内存（自由空间）。静态内存存放局部static对象，类的static数据成员以及定义在任何函数之外的变量。栈存放函数内的非static对象。堆内存是由程序员自己负责管理（申请和释放）的内存。

动态内存和智能指针

C++ 中动态内存的管理是通过一对运算符new和delete实现的。new在动态内存中为对象分配空间，并且返回一个指向该对象的指针，可以选择对对象进行初始化；delete接收一个动态对象的指针，销毁该对象，释放和它相关的内存。

动态内存很难管理，有时候忘记释放内存，会产生内存泄露；有时候在有指针引用内存的情况下就释放了它，这种情况下产生非法引用的内存。
C++ 提供了两种智能指针，shared_ptr和unique_ptr管理动态对象。智能指针也是模板。因此，在创建智能指针的时候，需要提供类型信息。
shared_ptr允许多个指针指向一个对象，而unique_ptr则独占所指向的对象。
下面是shared_ptr和unique_ptr都支持的一些操作：
smart_pointer

`shared_ptr`

shared_ptr

shared_ptr的声明和创建
make_shared创建一个指针。
shared_ptr的拷贝和赋值，引用计数。修改引用计数的几种情况：
- 拷贝一个shared_ptr，比如用一个shared_ptr初始化另一个，值传参，返回值等情况，引用计数增加。
- 给shared_ptr赋一个新值，引用计数减少。
- shared_ptr被销毁时，引用计数减少。
通过析构函数自动销毁它管理的对象。

`new`

初始化

默认初始化。new后面加类型，没有小括号，也没有花括号。
默认情况下，new分配的对象，不管是单个分配的还是数组中的，都是默认初始化的。这意味着内置类型或组合类型的对象的值是无定义的，而类类型对象将用默认构造函数进行初始化。
值初始化。类型名字后加()即可，对于内置类型的变量，初始化为0，对于类类型的变量，调用默认构造函数。
直接初始化。使用初始化列表加对象值，或者小括号加对象值。

对于自定义类型而言，只要一调用new，无论后面有没有加()，那么编译器不仅仅给它分配内存，还调用它的默认构造函数初始化。

还有auto初始化器。

内存耗尽

使用placement new（定位new），当内存耗尽时，防止new抛出bad_alloc异常。

`shared_ptr`和`new`

定义和改变shared_ptr的其他方法，shared_ptr对象还有其他几个构造函数，分别接收内置指针，unique_ptr，以及内置指针和内置指针的删除器，shared_ptr对象和它的删除器这几类参数。接收内置指针参数的shared_ptr的构造函数是explict的，也就是必须显式调用构造函数，不能使用隐式转换将一个内置指针转换成shared_ptr。
当把一个shared_ptr指针绑定到一个普通指针时，接下来不应该再使用内置指针访问这部分内存了。
也不要使用shared_ptr的get()函数返回的指针初始化另一个智能指针或者为智能指针赋值。同时也不能使用delete删除get()返回的指针，否则会发生二次delete。
p.reset()函数可以用来重置指针p，如果p是指向shared_ptr的唯一对象，会将p原本指向的对象释放；如果没有传入参数，p置为空；如果传入了参数q，让p指向q；还可以传递一个d，表示调用d而不是delete释放q。
copy on write可以通过shared_ptr实现？？？使用unique()函数检测是否自己是当前的shared_ptr的唯一用户，不是的话，调用reset()函数拷贝一个新的。

智能指针和异常

智能指针和哑类

使用自己的释放操作

shared_ptr假设它们指向的内容是动态内存，当它被销毁时，调用delete。我们可以自己定义一个删除器，取代delete的调用。

void end_connection(connection *p)
{
    disconnect(*p);
}
void func()
{
    connection c = connect(&d);
    shared_ptr<connection> p(&c, end_connection);
    // 创建一个connection类型的智能指针，构造函数的参数是一个内置的指针类型和一个调用函数。
}

`unique_ptr`

unique_ptr

`weak_ptr`

weak_ptr不控制指向对象的生存周期，它指向一个shared_ptr管理的对象，将一个weak_ptr绑定到shared_ptr不增加引用计数。

`new`和数组

初始化

new int[]，默认初始化。
new int[]()，值初始化。但是不能在括号中给出初始化器，也就是不能用auto分配数组。
new int[10]{1, 2, 3}，列表初始化。

动态分配空数组

动态分配一个空数组是允许的，但是不能解引用。
而定义一个长度为0的数组是不允许的。

智能指针和动态数组

unique_ptr有一个可以管理new分配的数组的版本。而shared_ptr没有相应的版本，如果想要使用shared_ptr管理数组，需要提供自己定义的删除器。

allocate类

参考文献

1.《C++ Primer》第五版

概述