[C++知识库]C++动态内存

为什么要有智能指针？

动态内存的分配和释放与作用域无关，必须要在程序中显式的销毁。如果过早释放内存会造成引用非法内存的指针；如果忘记释放内存则会造成内存泄漏。
为了更安全使用动态对象，C++11中添加了智能指针来管理分配动态对象，负责自动释放所指对象。

为什么使用动态内存？

三种情况：
程序未知需要分配多大空间；
程序未知分配对象类型；
程序希望在多个对象之间共享数（允许多对象共享相同状态，利用智能指针的引用计数实现）

直接的动态内存分配——new&delete运算符

new
new的操作：为对象分配空间，并返回一个指针指向该对象。
new的初始化：默认初始化；直接初始化（构造函数，初始化列表）；值初始化（在类型名后加小括号）
ps：值初始化的内置类型对象有良好定义的值，而默认初始化的对象的值是未定义的。而对于类类型的对象，则采用默认构造函数初始化，值初始化无意义。
异常情况：当内存被耗尽时，动态分配new会报错bad_alloc；而当添加nothrow可以不抛出异常，返回空指针。
delete
delete的操作：销毁传送到delete的对象，并回收空间。
空间释放问题：对于new分配的内存空间（用内置类型的指针所指向的动态控件），除非显式的用delete回收释放空间，否则一直存在。（若未及时的回收释放则发生内存泄漏）其空间的释放不受作用域的影响。这与智能指针不同。
空悬指针问题：delete指针后，指针就无效了。但是有很多情况会出现指针仍然指向被释放的动态内存空间，则变为空悬指针。（结局方案：当delete释放指针所指向的内存后，及时置nullptr可避免空悬指针）

智能指针

shared_ptr ：多指针指向同一个对象
unique_ptr ：独占对象
weak_ptr ： 指向shared_ptr所管理对象（初始化shared_str对象，但shared_str的引用计数不受weak_ptr影响），为了解决shared_ptr中循环引用的问题而提出的，还可以判断shared_ptr是否被释放。

智能指针引用计数变化的可能情况：
1.递增：shared_ptr对象初始化shared_ptr对象(拷贝)；shared_ptr对象作为函数实参（值传递拷贝)；作为函数的返回值，(返回的是自身的拷贝，也就是活引用的次数+1)
2.递减：shared_pt被赋予新值(自身指向了另外一个地址，原来指向弓箭已经没有引用者则自动释放)；shared_ptr离开其作用域时，会被销毁(递减)；
3.销毁：当shared_ptr的引用计数变为0，则自动释放所管理的对象，前提是其指向的对象只有一个引用者。

注：只要是用{……}框住的代码，就是一个局部作用域。而在其中定义的局部对象，在离开该作用域时就会被销毁。对于动态分配内存的空间释放不受作用域的影响，但是由于new运算符无法给分配空间定义名称，它只是返回一个指针指向分配内存的地址，因此当离开局部作用域时，该指针也会被销毁。如果未在离开作用域之前delete该内存空间，那么就发生了内存泄漏。而采用智能指针分配空间，那么在局部作用域结束后，该智能指针的引用计数减一。如果此时没有其他的智能指针指向该空间，那么空间也一并释放销毁。

#include <memory>
//shared_ptr
shared_ptr<string> p = make_shared<string> (42);//利用make_shared动态分配内存，然后用shared_ptr智能指针指向该对象
p.use_count();//计算共享对象数量
p.unique();//共享对象数量为1返回true
p.get();//返回p中保存的指针  ！！！如果该对象已被释放返回指针所指对象也消失了

//unique_ptr
unique_ptr<string> p(new string(42));//构造函数初始化，而不能用拷贝和赋值初始化
p.release();//释放指针控制权，返回指针，但是p置空
p.reset();//释放p指向对象
p.reset(x);//p指向内置指针x；x不存在则p置空

//weak_ptr
auto p = make_shared<int>(42);
weak_ptr<int> = wp(p);//weak_ptr必须依靠shared_ptr来初始化
wp.use_count();//获取shared_ptr的共享对象个数
wp.expired();//没有共享对象返回true
wp.lock();//提供访问对象的方式，当wp所指向的空间没有共享对象时，返回空shared_ptr；而当wp指向空间有对象，则返回shared_ptr类型的对象