c++动态内存管理与智能指针的相关知识点

C++动态内存管理与智能指针攻略

知识点介绍

在 C++ 编程中，动态内存管理是非常重要的一部分。当我们需要在程序运行时动态生成对象或者数组，需要使用动态内存。但是，如果我们没有妥善管理动态内存，就会出现内存泄漏等严重问题，使程序出现崩溃等异常情况。

智能指针是 C++ 提供的一种便捷的动态内存管理方式，可以减少我们对内存的手动管理。使用智能指针可以避免内存泄漏、重复释放等问题，提高程序的安全性和执行效率。

本攻略将详细介绍 C++ 动态内存管理和智能指针的相关知识点。

动态内存管理

在 C++ 中，动态内存管理主要包括四个与之相关的操作符：new、delete、new[] 和 delete[]。其中，new 和 delete 主要用于动态生成和销毁单个对象，new[] 和 delete[] 用于动态生成和销毁对象数组。

动态生成单个对象

用 new 操作符可以在堆上生成单个对象，并返回指向该对象的指针。例如：

int* p = new int(10);

这段代码在堆上生成一个整型变量，值为 10，并用指针 p 指向它。

需要注意的是，我们使用 new 操作符生成的对象需要手动销毁，否则就会出现内存泄漏。一般来说，我们可以在使用完对象后调用 delete 操作符来销毁对象，例如：

delete p;

这段代码可以释放指针 p 所指向的堆空间，并销毁对象。

动态生成对象数组

如果需要动态生成一个对象数组，则需要使用 new[] 操作符。例如：

int* arr = new int[10];

这段代码在堆上生成一个包含 10 个整型元素的数组，并用指针 arr 指向它。

同样，我们使用 new[] 操作符生成的对象数组也需要手动销毁。用 delete[] 操作符来销毁对象数组，例如：

delete[] arr;

这段代码可以释放指针 arr 所指向的数组内存，并销毁所有元素。

智能指针

使用动态内存管理的时候，必须要注意内存的释放问题。为了避免手动管理内存操作所带来的困扰，C++ 提供了智能指针，它可以辅助我们自动释放动态内存，有效避免了内存泄漏问题。

C++ 标准库提供了两种智能指针：shared_ptr 和 unique_ptr。其中 shared_ptr 是共享智能指针，可以让多个指针共享同一个对象，而唯一智能指针 unique_ptr 只能有一个指针指向同一个对象。

shared_ptr

shared_ptr 是一个智能指针类，它可以对动态分配的对象进行共享所有权的管理。shared_ptr 的用法非常简单，例如：

std::shared_ptr<int> p(new int(10));

这段代码会在堆上生成一个整型变量，值为 10，并用智能指针 p 托管它。

智能指针销毁时，会自动释放管理的动态空间。智能指针的销毁时机有以下几种情况：

• 智能指针被赋值为另外一个指针时，释放之前管理的对象；
• 当程序块作用域结束时，因为智能指针是在栈上分配的，所以会在作用域结束时自动销毁；
• 当程序异常退出时，所有智能指针都会被销毁。

一个例子，利用 shared_ptr 实现共享所有权，例如：

#include <iostream>
#include <memory>

void print(std::shared_ptr<int> p)
{
    std::cout << *p << std::endl;
}

int main()
{
    std::shared_ptr<int> p(new int(10));
    std::shared_ptr<int> q(p);

    print(p);
    print(q);

    return 0;
}

这段代码中，我们首先生成一个整型对象，然后用智能指针 p 托管它。接着，我们用智能指针 q 赋值为智能指针 p，此时 q 和 p 共享该对象的所有权。最后，我们通过函数 print 输出两个指针指向的整型变量，可以发现它们的输出值均为 10。

unique_ptr

unique_ptr 是一个智能指针类，它可以对动态分配的对象进行唯一所有权的管理。在只有一个指针用于管理指针时，unique_ptr 是更好的选择。

unique_ptr 可以像 shared_ptr 一样，使用 new 操作符来初始化一个指针。例如：

std::unique_ptr<int> p(new int(10));

需要注意的是，由于 unique_ptr 管理着动态分配内存的所有权，所以禁止使用 unique_ptr 副本的构造和赋值运算符，例如：

std::unique_ptr<int> p1(new int(10));
std::unique_ptr<int> p2(p1); // 编译错误

std::unique_ptr<int> p3(new int(20));
p1 = p3; // 编译错误

如果确实需要共享所有权，我们可以使用 shared_ptr。

总结

C++ 动态内存管理和智能指针是 C++ 编程中重要的一部分，掌握相关知识点对于编写安全、高效的程序至关重要。本攻略详细介绍了动态内存管理和智能指针相关的知识点，并提供了两个示例，希望能对大家学习 C++ 编程有所帮助。