智能指针和内存管理等

发布时间：2025-06-24 19:48:01  作者：北方职教升学中心  阅读量：077


当ptr超出作用域时，它所指向的内存会自动被释放，无需手动调用delete。它的强大源于其丰富的特性和灵活性，尤其是C++11、

4.1 C++14中的改进

C++14引入了一些新的语言特性和库功能，例如：

  • 泛型Lambda：C++14允许在Lambda表达式中使用auto进行类型推导，使得Lambda更具灵活性。

    unique_ptr的移动语义

    std::unique_ptr支持移动语义，这意味着一个unique_ptr可以将其所有权转移给另一个unique_ptr，但是不能被复制。C++17等新标准的引入，使得这门语言更加现代化和高效。std::stable_sort等。模板的基本思想是参数化类型，即编写一次代码，应用到多个类型上。由于unique_ptr不能被复制，因此它保证了内存的唯一所有权，避免了多个指针指向同一内存区域的问题。智能指针和内存管理等。每当一个新的shared_ptr指向同一内存时，引用计数增加；当一个shared_ptr被销毁时，引用计数减少。

#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>using namespace std;int main() {    vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};    // 使用算法对vector进行排序    sort(vec.begin(), vec.end());    for (int val : vec) {        cout << val << " ";  // 输出 10 20 30 40 50    }    cout << endl;    return 0;}

这里使用了std::vector来存储整数，并通过std::sort对容器中的元素进行排序。

#include <iostream>#include <memory>using namespace std;int main() {    unique_ptr<int> ptr1 = make_unique<int>(10);    unique_ptr<int> ptr2 = move(ptr1);  // 将ptr1的所有权转移给ptr2    // ptr1现在为空，无法访问    if (!ptr1) {        cout << "ptr1 is null" << endl;  // 输出 ptr1 is null    }    cout << *ptr2 << endl;  // 输出 10    return 0;}

在上述代码中，move函数将ptr1的所有权转移到ptr2，因此ptr1变为空指针，ptr2接管了内存管理的责任。算法和迭代器。

  • SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）：SFINAE允许我们为不同的类型提供不同的模板实现，编译器会根据类型匹配来选择合适的实现。

    2.2 算法

    STL提供了大量的算法，例如：

    • 排序：std::sort、STL的核心概念包括：

      • 容器：用于存储数据。传统上，C++程序员需要显式地管理内存的分配和释放，这可能导致内存泄漏或悬空指针等问题。

      这些算法都可以与STL容器结合使用，极大地简化了代码。

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      目录

      深入探索C++高级特性

      1. C++模板编程

      1.1 什么是模板？

      1.2 函数模板

      模板推导

      显式模板实例化

      1.3 类模板

      1.4 模板的高级特性

      2. C++标准模板库（STL）

      2.1 容器

      2.2 算法

      2.3 迭代器

      2.4 容器与算法的协作

      3. 智能指针与内存管理

      3.1 std::unique_ptr

      unique_ptr的移动语义

      3.2 std::shared_ptr

      引用计数

      3.3 std::weak_ptr

      3.4 手动内存管理

      4. C++14/C++17的新特性

      4.1 C++14中的改进

      4.2 C++17中的改进

      4.3 C++20的新特性

      总结

      深入探索C++高级特性

      C++是一门功能强大的编程语言，它广泛应用于操作系统开发、

    • 删除/替换：std::remove、Args...代表一个模板参数包，表示函数可以接受零个或多个类型不同的参数。迭代器与指针类似，可以用于遍历容器中的元素。在main函数中，我们分别创建了Box<int>和Box<string>对象，它们管理不同类型的数据。

      template int max<int>(int, int);  // 显式实例化max<int>

      1.3 类模板

      类模板与函数模板类似，可以让类在定义时就能够处理任意类型的数据。游戏编程、

      3.4 手动内存管理

      虽然智能指针大大简化了内存管理，但在一些特殊情况下，手动内存管理仍然是必要的。只有当引用计数为零时，内存才会被释放。

    • 算法：对容器数据执行操作，如排序、std::replace等。模板分为两种类型：函数模板和类模板。 
    #include <iostream>#include <optional>using namespace std;optional<int> getValue(bool flag) {    if (flag) {        return 42;    }    return nullopt;}int main() {    auto value = getValue(true);    if (value) {        cout << *value << endl;  // 输出 42    }    return 0;}

    4.3 C++20的新特性

    尽管我们重点讨论C++14和C++17的特性，但C++20也引入了许多新特性，如模块、

  • std::map：基于红黑树的有序键值对集合。删除等。

    • 2.1 容器

    STL提供了多种容器类型，常见的有：

    • std::vector：动态数组，支持随机访问。std::binary_search。STL（标准模板库）、

      #include <iostream>#include <memory>using namespace std;int main() {    shared_ptr<int> ptr1 = make_shared<int>(20);    shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // ptr2共享ptr1的内存    cout << *ptr1 << " " << *ptr2 << endl;  // 输出 20 20    // 当ptr1和ptr2都超出作用域时，内存才会被释放    return 0;}

      在这个例子中，ptr1和ptr2共享相同的内存区域。

    • 二进制字面量：C++14引入了支持二进制字面量的功能，可以使用0b或0B表示二进制数。
    • 迭代器：用于访问容器中的元素。

      1.2 函数模板

      函数模板允许我们编写能够处理多种数据类型的函数。

      4. C++14/C++17的新特性

      C++14和C++17引入了许多新的语言特性，增强了语言的表达能力和编程效率。

    • std::unordered_map：基于哈希表的无序键值对集合。
    #include <iostream>using namespace std;int main() {    int num = 0b101010;  // 二进制字面量    cout << num << endl;  // 输出 42    return 0;}

    4.2 C++17中的改进

    C++17进一步增强了C++的功能，引入了以下重要特性：

    • 结构化绑定：C++17允许我们同时解构多个变量，从而简化代码。

      2. C++标准模板库（STL）

      STL是C++的一个强大工具，提供了一系列容器、这称为显式模板实例化。当最后一个shared_ptr离开作用域时，内存会被自动释放。STL（标准模板库）、

    这使得shared_ptr非常适合用于共享资源的场景。

    #include <iostream>using namespace std;template <typename T>  // T为模板类型参数class Box {private:    T value;public:    void setValue(T val) { value = val; }    T getValue() { return value; }};int main() {    Box<int> intBox;  // 创建一个Box<int>对象    intBox.setValue(10);    cout << intBox.getValue() << endl;  // 输出 10    Box<string> strBox;  // 创建一个Box<string>对象    strBox.setValue("Hello");    cout << strBox.getValue() << endl;  // 输出 Hello    return 0;}

    在此示例中，Box是一个类模板，它接收一个类型参数T，允许我们在类内部定义和操作该类型的成员。 

    模板推导

    模板参数通常是由编译器根据函数调用时传递的参数类型推导出来的。智能指针、对于低级编程和性能要求较高的应用，了解如何手动管理内存仍然很重要。内存管理等内容。每一个部分将结合实际代码示例，以帮助读者更好地理解和掌握这些概念。这种方式需要开发者手动管理内存，容易导致内存泄漏和悬空指针问题。模板参数T代表任意类型，C++编译器会根据传入参数的类型自动推导出T。通过模板参数，我们可以创建一个通用的类，适用于不同类型的数据。

    #include <iostream>#include <memory>using namespace std;int main() {    // 创建一个unique_ptr，指向动态分配的内存    unique_ptr<int> ptr = make_unique<int>(10);    // 使用unique_ptr指向的值    cout << *ptr << endl;  // 输出 10    // 不需要手动释放内存，ptr超出作用域时会自动销毁    return 0;}

    在这个例子中，unique_ptr管理一个动态分配的整数。C++是一门功能强大的语言，掌握这些高级特性将有助于编写高效、例如，在上述代码中，max(10, 20)调用中，编译器推导出T为int类型，max(3.14, 2.71)则推导为double类型。

    3. 智能指针与内存管理

    C++中的内存管理是一个重要且复杂的话题。

    #include <iostream>#include <memory>using namespace std;class Node {public:    shared_ptr<Node> next;    weak_ptr<Node> prev;  // 使用weak_ptr避免循环引用    int value;    Node(int val) : value(val) {}};int main() {    shared_ptr<Node> node1 = make_shared<Node>(1);    shared_ptr<Node> node2 = make_shared<Node>(2);    node1->next = node2;    node2->prev = node1;  // 通过weak_ptr避免循环引用    return 0;}

    在这个例子中，node2->prev是一个weak_ptr，它不会增加node1的引用计数，从而避免了循环引用导致的内存泄漏。当两个shared_ptr互相引用时，它们可能会导致内存泄漏。查找、

    2.3 迭代器

    迭代器是STL的重要组成部分，它提供了一种统一的方式来访问容器中的元素。通过模板，我们可以编写适用于不同数据类型的代码，从而避免为每种数据类型编写重复的函数。在现代C++中，智能指针和STL容器的结合提供了非常强大的内存管理和数据操作能力，而模板和C++14/C++17中的新特性使得C++编程更加灵活和高效。C++14、

    template <typename... Args>void print(Args... args) {    (cout << ... << args) << endl;  // C++17中的折叠表达式}

    这个函数模板print能够接收任意数量的参数并打印出来。

  • std::list：双向链表，支持高效的插入和删除操作。

    #include <iostream>using namespace std;int main() {    int* ptr = new int(10);  // 动态分配内存    cout << *ptr << endl;  // 输出 10    delete ptr;  // 手动释放内存    return 0;}

    在这个例子中，我们通过new动态分配内存，并使用delete释放内存。当最后一个指向该内存的shared_ptr超出作用域时，内存才会被释放。

    总结

    本文详细介绍了C++的高级特性，包括模板编程、

    3.3 std::weak_ptr

    std::weak_ptr是shared_ptr的辅助类，用于解决循环引用问题。STL容器与算法结合使用，使得开发者可以高效地完成各种操作。它极大地提高了C++的开发效率。

    1. C++模板编程

    1.1 什么是模板？

    C++中的模板是一种泛型编程的机制，它允许开发者编写独立于数据类型的代码，从而提高代码的复用性。

    #include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>using namespace std;int main() {    vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};    // 使用算法查找元素    auto it = find(vec.begin(), vec.end(), 30);    if (it != vec.end()) {        cout << "Found: " << *it << endl;  // 输出 Found: 30    } else {        cout << "Not found" << endl;    }    return 0;}

    这里使用了std::find来查找std::vector中的元素，提供了一个简单的查找方法。

    通过深入理解这些特性，开发者可以更加充分地发挥C++的潜力，编写出高效且可维护的程序。

    • #include <iostream>#include <tuple>using namespace std;int main() {    tuple<int, string, double> data(1, "C++17", 3.14);    // 使用结构化绑定解构tuple    auto [id, name, value] = data;    cout << id << " " << name << " " << value << endl;  // 输出 1 C++17 3.14    return 0;}
    • std::optional：std::optional用于表示一个值可能存在也可能不存在，常用于函数返回类型，避免使用nullptr或错误的值。
    • 查找：std::find、可维护和安全的代码。为了解决这个问题，C++11引入了智能指针，简化了内存管理。

      #include <iostream>using namespace std;template <typename T>  // T为模板类型参数T max(T a, T b) {    return (a > b) ? a : b;}int main() {    cout << max(10, 20) << endl;  // 输出 20    cout << max(3.14, 2.71) << endl;  // 输出 3.14    return 0;}

      在这个例子中，max函数模板可以接受任何类型的参数，并返回较大的那个。

    • 变长模板：C++11引入了变长模板参数，可以让我们处理任意数量的模板参数。金融系统、当unique_ptr超出作用域时，它自动释放它所管理的内存。图形计算等多个领域。

      3.2 std::shared_ptr

      std::shared_ptr是另一种智能指针，它允许多个指针共享同一块内存。通过容器与算法的结合，C++能够在很大程度上提高开发效率。

      #include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main() {    vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};    // 使用迭代器遍历vector    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {        cout << *it << " ";  // 输出 10 20 30 40 50    }    cout << endl;    return 0;}

      2.4 容器与算法的协作

      STL的强大之处在于它的容器和算法的协作，容器提供了数据的存储方式，而算法提供了数据的操作方式。

      引用计数

      shared_ptr的一个重要特点是引用计数。

      1.4 模板的高级特性

      C++模板不仅仅是基础的函数和类模板，它还支持一些更加复杂的功能，如：

      • 模板特化：通过模板特化，可以为特定类型提供定制化的实现。范围库和协程等，它们进一步改善了语言的可用性和性能。这对于容器类（如STL中的vector）特别有用。weak_ptr不会增加引用计数，因此它不会阻止内存的释放。

        显式模板实例化

        有时，我们也可以手动指定模板的类型来避免编译器的自动推导。智能指针通过自动化内存管理来确保内存不会泄漏，并且提供了更安全的指针使用方式。

        3.1 std::unique_ptr

        std::unique_ptr是一种智能指针，它表示拥有独占所有权的指针。

        本文将深入探讨C++的一些高级特性，涵盖模板编程、以下是一些重要的新特性。