C++学习：动态内存

动态内存

静态内存用来保存局部static对象、类static数据成员、定义在任何函数之外的变量。static对象在使用之前分配，在程序结束后销毁。

栈内存用来保存定义在函数内的非static对象。对于栈对象，仅在其定义的程序块运行时才存在。

对于分配在静态或栈内存中的对象由编译器自动创建和销毁。

动态内存用来存储动态分配的对象，程序在运行时分配的对象，动态对象的生存期由程序来控制，当不再使用时，必须显式地销毁它们。

在C++中，动态内存的管理是一对运算符完成的：new和delete。

1. new：在动态内存中为对象分配控件并返回一个指向该对象的指针；
2. 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。

动态内存管理经常会出现两种问题：

1. 忘记释放内存，造成内存泄漏；
2. 尚有指针引用内存的情况下就释放了该内存，造成引用非法内存。
3. 同一块内存释放两次，第一次delete正常释放空间，第二次delete将可能破坏自由空间。

为了更加容易、安全地使用动态内存，新的标准库引入了智能指针。智能指针的行为类似常规指针，重要的区别在于智能指针负责自动释放所指向的对象。

智能指针

智能指针是一个类，用来存储指向动态分配对象的指针，负责自动释放动态分配的对象，防止堆内存泄露。动态分配的资源，交给一个类对象去管理，当类对象声明周期结束时，自动调用析构函数释放资源。智能指针包含在头文件****中。

shared_ptr

允许多个指针指向同一个对象；该类型智能指针在实现上采用 引用计数机制，每当多一个指针指向该对象时，指向该对象的所有智能指针内部的引用计数加1，当有一个shared_ptr指针放弃了堆内存的“使用权”，引用计数减1，此时并不影响其他指向同一堆内存的shared_ptr指针，只有引用计数为0时，堆内存才会被释放。

• 智能指针将一个计数器与类指向的对象相关联，引用计数器跟踪共有多少个类对象共享同意指针；
• 每次创建类的新对象时，初始化指针并将引用计数置为1；
• 当对象作为另一对象的副本而创建时，拷贝构造函数拷贝指针并增加与之相应的引用计数；
• 对一个对象进行赋值时，赋值操作符减少左操作数所指向的引用计数(如果引用计数减至0，则删除对象)，并增加右操作数所指对象的引用计数；
• 调用析构函数时，构造函数减少引用计数，若引用计数减为0，则删除基础对象。

shared_ptr和unique_ptr都支持的操作

shared_ptr独有的操作

shared_ptr<string> p1;
shared_ptr<int> p2 = make_shared<int>(42);
auto p3 = make_shared<vector<int>>();

unique_ptr

独占所指向的对象，采用独享所有权语义，一个非空的unique_ptr总是拥有它所指向的资源。
转移一个unique_ptr将会把所有权全部从源指针转移给目标指针，源指针被置空；所以unique_ptr不支持普通的拷贝和赋值操作，不能用在STL容器中；如果对一个unique_ptr进行拷贝，那么拷贝结束后，这两个unique_ptr都会指向相同的资源，造成在结束时对同一内存指针多次释放而导致程序崩溃。

unique_ptr的操作

weak_ptr

弱引用。引用计数机制会存在一个问题：互相引用成环，即环形引用，这样两个指针指向的内存都无法释放，需要使用weak_ptr打破环形引用。
weak_ptr作为弱引用，是为了配合shared_ptr而引入的一种智能指针，它指向一个由shared_ptr管理的对象而不影响所指对象的生命周期，即只引用不计数。
如果一块内存被shared_ptr和weak_ptr同时引用，当所有shared_ptr析构了之后，不管还有没有weak_ptr引用该内存，内存也会被释放，所以weak_ptr不保证它指向的内存一定是有效的，在使用前使用函数lock()检查weak_ptr是否为空指针。

weak_ptr的操作

auto_prt

主要是为了解决“有异常抛出时发生内存泄露”的问题，发生异常而无法正常释放内存。
auto_ptr有拷贝语义，拷贝后源对象变得无效，这可能引发很严重的问题；而unique_ptr无拷贝语义，但提供了移动语义，这样的错误不再发生。
auto_ptr不支持拷贝和赋值操作，不能用在STL标准容器中，因为STL容器中的元素经常要支撑拷贝、赋值操作。