【C++】11.动态内存管理[深蓝学院C++第9章]

前言

一.基础

1.1栈内存stack和堆内存heap

栈内存：更好的局部性、相关数据较为临近，栈帧出栈时对象自动销毁

堆内存：运行期动态扩展，需要显式释放

1.2显式内存的开辟与释放

在C++中通常使用new和delete来构造和销毁对象

1.3new

对象的构造步骤：

（1）分配内存与在所分配的内存上构造对象

（2）对象的销毁与内存回收

new的几种常见形式：

（1）构造单一对象/对象数组

（2）nothrow new，分配失败时不抛出异常

#include <new> int* y=new (std::nothrow) int[5];判断y是否为nullptr来判定内存分配是否正常

（3）placement new

已经有一块分配好的合法的内存，足够大，不管是栈内存还是堆内存，用于在其上构造对象

char ch[sizeof(int)];int* y= new (ch) int(4);//不再为y开新的内存，而是使用指定的ch的内存来构造“4”

（4）new auto，int *y=new auto[3];//将auto自动推导为int

new与对象对齐

struct alignas(256) Str();//为Str开辟的内存以256为单位，内存地址的结尾一定是0x xx00

1.4delete

delete的常见用法：

（1）销毁单一对象/对象数组，delete p和delete[] p

（2）placement delete,将对象销毁掉，但是不会将内存归还给系统

1.5new和delete注意事项

注意事项

（1）根据分配的是单一对象还是数组，采用相应的方式销毁

（2）delete nullptr，允许这样的操作

（3）不能delete一个非new开辟的内存，int x=0;delete &x;这样delete栈上的内存是不可以的

（4）同一块内存不能delete多次

调整系统自身的new/delete行为，略

二.智能指针

2.1问题来源

new和delete搭配的问题：内存所有权不清晰，容易产生不销毁，多销毁的情况。例如delete去销毁栈帧退出时已销毁的栈内存。

解决方案：智能指针

（1）auto_ptr，在C++17被删除

（2）shared_ptr/unique_ptr/weak_ptr

2.2shared_ptr

基于引用计数的共享内存解决方案，#include <memory>

引用计数，自动判断是否和其他对象共享内存，如果有、有几个？

如果为0时表示该内存已经没有继续被使用，则回收该内存

2.2.1基本用法

（1）std::shared_ptr<int> x(new int(3));

（2）std::shared_ptr<int> y=new int[3];

std::shared_ptr<int> z = y;

2.2.2reset和get方法

get返回的是T*，用于兼容之前拿普通指针的交互函数

std::shared_ptr<int> y = fun();

std::cout << *(y.get());

reset的作用：

（1）重新设置智能指针指向的内存，也就是接收一个新的T*指针，y.reset(new int[4]);

（2）x.reset();或者x.reset((int*)nullptr);//传入一个空指针，重置为空

2.2.3指定内存回收逻辑

std::shared_ptr<int> x(new int(3),fun);//fun是自定义的内存回收的回调函数

有时可用于阻止系统自动回收，以免回收静态内存

2.2.4std::make_shared

std::stared_ptr<int> x = std::make_stared<int>(3);

使用make_shared可以实现更好的局部性，避免造成catch-miss造成更大的开销

2.2.5支持数组

std::shared_ptr<int> x(new int[3]);

智能指针在回收内存时调用delete会出现数组内存回收隐患，

解决方法：

C++17之后：泛型时指定为数组，例如std::shared_ptr<int[]> x(new int[3]);

C++20之后：使用make_shared，例如auto x =std::make_shared<int[5]>();//auto x =std::make_shared<int[]>(5);

2.2.6注意事项

（1）shared_ptr管理的对象不要手动调用delete销毁，否则会造成多重delete的异常

（2）不要出现多个shared_ptr重复回收一片内存，如：

int* ptr = new int(3);

std::shared_ptr<int> x(ptr);

std::shared_ptr<int> y(ptr);

两个智能指针会对ptr回收两次，造成异常

2.3 unique_ptr

内存独占的智能指针

2.3.1 基本用法

std::unique_ptr<int> x(new int(3));

2.3.2移动

std::unique_ptr<int> x(new int(3));

std::unique_ptr<int> y = std::move(x);//将将亡值x占用的内存转给y

2.3.3指定回收逻辑

略

2.4 weak_ptr

防止循环引用而引入的智能指针

三.相关问题

3.1sizeof

sizeof不会返回动态分配的内存大小

3.2分配器

推荐使用分配器allocator来分配内存，可以借助内存池的性能优化

构造对象分为分配内存和在内存上构造对象两步，allocator可以做第一步

std::allocator<int> al;

int* ptr = al.allocate(3);//开辟内存，能够放下3个int

al.deallocate(ptr,3);//回收指定长度的内存

3.3malloc和free

来自C语言，malloc/free只能分配内存，而不能构造对象，主要关注分配多大的内存

分配多大的内存需要进行逻辑运算，有可能引入对齐问题

推荐使用allocator

3.4aligned_alloc

来自C语言，分配的内存可以保证对齐