C++智能指针上

news2025/4/25 13:41:33

一、裸指针

“裸指针”是最基础的，直接存储内存地址的指针类型。特点：①它本身没有自动的内存管理机制：如它不会自动释放内存，也不会检查是否指向有效的内存区域；②直接操作内存地址，不进行任何的边界检查：如空指针解引用。

int main()
{
   int x = 10;
   int*p = &x; //裸指针p指向x
   cout << *p << endl; //输出x的值，10
   return 0;
}

1、动态内存分配：new 与 malloc 详解

在 C++ 中，动态内存分配是指在程序运行时（而非编译时）从堆（heap）上分配内存。主要有两种方式：new/delete：C++ 的运算符 malloc/free：C 标准库函数。

①new在堆分配的内存是无名的，返回一个指向该对象的指针。

//分配单个对象
int* p = new int; //p指向一个动态分配的、未初始化的无名对象
int* p2 = new int(42); //分配并初始化为42
int* p3 = new int(); //值初始化，*p3=0

//分配数组
int* arr = new int[10];//分配10个int的数组

   //释放内存
   delete p;
   delete[] arr;

②malloc返回void*，需要强制类型转换。

//分配内存
int* p = (int*)malloc(sizeof(int)); //分配一个int
int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); //分配10个int的数组

   //释放内存
   free(p);
   free(arr);

③两者区别：

a.基本内存分配与初始化：new支持初始化；malloc不初始化，分配后必须手动赋值，否则读取是未定义的行为。

b.类对象的内存管理：new自动调用构造函数，delete自动调用析构函数；malloc只是分配内存，需要配合placement new使用，且必须手动调用析构函数。

c.数组处理：new[]和delete[]配合使用；malloc需要手动计算数组大小、初始化每个元素。

d.内存分配失败处理：new在失败时抛出异常（std::bad_alloc）；malloc在失败时返回NULL／nullptr。

e.与realloc的配合：

//new没有直接对应的realloc功能，需要手动实现：
   int* arrNew = new int[5];
   int* newArrNew = new int[10];
   std::copy(arrNew, arrNew + 5, newArrNew); //将 arrNew 的前5个元素复制到 newArrNew
   delete[] arrNew;
   arrNew = newArrNew;

//malloc可以配合realloc使用
   int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
   // 扩展内存到10个int
   int* newArr = (int*)realloc(arr, 10 * sizeof(int));
   if (newArr)
   {
       arr = newArr;
       arr[8] = 42; //使用新分配的空间
   }
   free(arr);

2、malloc两种内存分配方式

①brk()方式：分配小块内存（通常是小于128KB），通过brk()系统调用会将堆顶指针向更高的内存地址移动，获取内存空间。被free释放时，并不会将内存归还给操作系统，而是将其缓冲在内存池中，供后续分配请求复用。
优点：直接操作堆，内存分配速度较快。缺点：频繁使用，堆内将产生越来越多不可用的碎片，导致“内存泄漏”。
②mmap()方式：当用户请求的内存较大时（通常大于128KB），mmap()在进程的虚拟地址空间中（堆和栈的中间，称为文件映射区域的地方）找一块空闲的虚拟内存。free释放时，会把内存归还给操作系统，内存得到真正释放。
缺点：向操作系统申请内存，是通过系统调用的，执行系统调用是要进入内核态的，然后回到用户态，运行态的切换会耗费不少时间。分配的内存释放都会归还给操作系统。所以每次分配的虚拟地址都是缺页状态，在第一次访问该虚拟地址的时候，就会触发缺页中断。

二、智能指针

“智能指针”是原始指针的封装，解决了裸指针带来的内存管理问题，可以自动管理内存的生命周期。

1、unique_ptr “独占所有权”

①三种创建方式

#include <iostream>
using namespace std;
#include <memory>

class MyClass {
public:
   MyClass() { cout << "MyClass created!" << endl; }
   MyClass(int x, double y) {} // 带参数的构造函数
   ~MyClass() { cout << "MyClass destroyed!" << endl; }
};

int main()
{
   //创建unique_ptr的三种方式：
   //1、使用make_unique "推荐！！！"
   unique_ptr<MyClass> ptr = make_unique<MyClass>();//函数模板必须使用函数调用运算符 () 来调用。
   auto ptr1 = make_unique<MyClass>(42, 3.14); // 正确：传递参数

   //2、使用new运算符
   unique_ptr<MyClass> ptr2(new MyClass());
   //3、使用unique_ptr的构造函数
   MyClass* rawPtr = new MyClass();
   unique_ptr<MyClass> ptr3(rawPtr);

return 0;
}