C++入门(2)智能指针

一、堆与栈

首先看一个程序：

int main() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    vector v2{&a, &b};
    while (!v2.empty()) {
        auto iter = v2.begin();
        delete *iter;
        v2.erase(iter);
    }
}

这个程序会报错：free(): invalid pointer

原因：这个程序中的问题在于，它是在使用delete删除堆上的变量，而在这里a和b是栈上的变量，不能用delete删除。所以这个程序会导致野指针错误。

进一步解释：堆和栈是两种不同的存储空间，在 C++ 中用来存储不同类型的变量。

• 栈上的变量是由编译器自动分配和释放的，速度快，但是空间大小有限，不能动态增长。栈上的变量通常是局部变量或者是函数参数。

• 堆上的变量是由程序员手动分配和释放的，速度慢，但是空间大小可以动态增长。堆上的变量通常是使用 new 关键字动态分配的。

在这个程序中，vector v2{&a, &b};这行代码创建了一个 vector 对象，并将栈上的变量 a 和 b 的地址存储在了 vector 中。而在 while 循环中，使用了 delete *iter;这行代码将这些地址对应的内存释放，但是在栈上的变量 a 和 b 没有被释放，会导致程序崩溃。

栈上的变量在程序离开它所在的作用域时会自动释放，因此程序员无需手动释放。而堆上的变量，需要程序员手动释放，否则会导致内存泄漏。

正确程序：

int main() {
    vector v2;
    v2.push_back(new int(1));
    v2.push_back(new int(2));
    while (!v2.empty()) {
        auto iter = v2.begin();
        delete *iter;
        v2.erase(iter);
    }
}

二、内存阅读方法

为方便调试和观察，可以使用memory view。格式说明：

每个“两位数”表示一个字节空间所对应的值，一个字节是8位的，用两个16进制数刚好表示出来（每个数4位）。在gpd中输入 p &变量名 即可获得变量所对应的内存地址。

三、智能指针之shared_ptr

基本用法

new delete和malloc free的区别：

1. new会调用构造函数，malloc只会分配内存。

2. delete会调用对象的析构函数，而free不会调用任何函数。

智能指针(shared_ptr)

• make_shared高效安全，从堆（动态内存）中初始化一个对象。相当于new。

• p.reset() 相当于delete。

可以多个指针指向同一个内存，内部有一个计数变量，会记录被多少指针指向。程序员无需手动释放他，系统会自动释放。

此时：

如果我们此时调用ps1.reset()

再举一个例子：

#include "iostream"
#include 
using namespace std;
int main() {
    shared_ptr p = make_shared(1);
    cout << p.use_count() << endl;//1
    p.reset();
    cout << p.use_count() << endl;//0
    cout << (p == nullptr) << endl;//true
    return 0;
}

使用陷阱

1. 不要使用裸指针初始化多个智能指针，一个智能指针的use_count为0后会释放内存导致另一个智能指针异常。

2. 与上一个同理不要将一个智能指针的get()绑定到另一个智能指针上，例如一下程序无法正常运行。

int main() {
    shared_ptr p = make_shared(10);
    int *p_bare = p.get();
    {
        shared_ptr p2(p_bare);
    }
    cout << p.use_count() << endl;
}

解决方法：只有智能指针或make_shared初始化智能指针。只有比较古老的需要裸指针的API采用get（内部不会释放指针也不会用它初始化智能指针）。

四、智能指针之weak_ptr

辅助shared_ptr工作（像一个旁观者），weak是弱，强指的是shared_ptr。weak_ptr也是一个类模板，用来指向shared_ptr管理的对象但是weak_ptr这种指向不会控制所指向对象的生命周期。即不会改变shared_ptr的引用计数。可以用于解决循环引用的问题。

weak_ptr的创建

用shared_ptr来初始化。weak_ptr pw(ps)

常用操作

lock

检查weak_ptr是否存在，如果存在则返回指向对象的shared_ptr否则返回一个空的shared_ptr。

intmain(){
    autosp=make_shared(100);
    // wc = 0, uc = 1
    autowp=weak_ptr(sp);
    // wc = 1, uc = 1
    autosp2=wp.lock();
    // wc = 1, uc = 2
    return0;
}

use_count、reset、expired

use_count返回强引用个数，reset释放，expired判断use_count是否为0。

weak_count