C++初学者指南：内存管理篇
C++初学者指南：内存管理篇
C++的内存管理是初学者需要掌握的重要知识点。本文将从栈内存、堆内存、手动内存管理、智能指针等多个方面，帮助读者全面理解C++的内存管理机制。
C++手动内存管理
1.栈内存的基本元素
2.栈内存的聚合对象
3.手动分配内存和释放内存
注意：手动分配内存，指的是在堆内存中。
除非实现自己的数据结构，否则永远不要手动分配内存!
即使这样，您也应该通过std::allocator_traits使用分配器。(注：allocator_traits是STL库的对自定义内存分配器的统一接口）
4.在堆上手动分配内存
p被当做拥有一个原始指针。这幅幻灯片有个bug，不知各位看出来没有？
5.手动分配数组内存和释放数组内存
注意：释放数组内存delete后一定要带[ ]，否则程序将产生不可预知的后果，大概率是报内存错误后程序挂掉，因为你只释放了数组的一个元素的内存，其它内存没有释放，造成了内存泄漏。
作者再次强调了：
除非实现自己的数据结构，否则永远不要手动分配内存!
即使这样，您也应该通过std::allocator_traits使用分配器。
6.手动分配数组内存
7.不要使用拥有的原始指针
- 指针指向已经删除的内存怎么办?
- 如果指针指向其他进程保留的内存怎么办?
- 我们必须手动跟踪分配(new)和解除分配(delete)
- 非常容易出错，可能导致难以捕捉的bug
下图就是一个经典的错误，释放内存后，用户忘记了已经释放，然后又向p指向的内存写入值，产生内存错误，程序挂掉！
8.黑暗时代和现代C++时代
黑暗时代(C++11之前)
- 拥有原始指针
- 经常在不同的代码点显式的new和显示的delete
- 非直观界面
- 内存易泄漏
现代C++时代
智能指针
- 自动删除对象
- 自我文档化接口/所有权（指由智能指针来管理内存，不需要用户关系具体细节）
- 没有内存泄漏
9.地址检测器（ASAN）
- 支持的编译器：g++、clang++
- 检测内存错误
- 内存泄漏
- 访问已经释放的内存
- 访问不正确的堆栈区域
- 使用附加说明检测您的代码
- 运行时间增加约70%
- 内存使用量增加了大约3倍
注：ASAN是谷歌开发的一个动态内存检测器，可以检测出各种内存相关的错误。
10.示例：检测空指针
11.使用ASAN
12.Valgrind工具
（Valgrind 是一个强大的内存调试和性能分析工具集,广泛应用于 C/C++ 等编程语言的软件开发和分析中。）
检测常见运行时错误。
- 读/写释放的内存或不正确的堆栈区域。
- 使用未初始化的值。
- 不正确的内存释放，如双重释放。
- 滥用内存分配函数。
- 内存泄漏-无意内存泄漏通常与程序逻辑缺陷有关，这些缺陷导致内存指针在重新分配之前丢失。
Windows:
Dr.Memory (www.drmemory.org) (Windows平台上的C/C++内存错误检查器)
Windows 10 64位:在WSL中的Valgrind
13.Valgrind使用
14.标准库中的异常
operator new 会抛出以下异常：
- std::bad_alloc 如果内存没有被成功分配
- std::bad_new_array_size 如果数组长度小于0或者太大
15.异常安全性的含义
内存泄漏的潜在来源
如下图的示例，如果文件不存在抛出异常后则就会造成buf指向的内存没有被释放，内存泄漏！
16.智能指针工程及其异常安全性
- C++标准要求:
- 所有函数参数必须在进入函数前求值。
- 未指定函数参数求值顺序。
- 6种参数求值顺序的两种。
下图可能会造成内存泄漏
可能的求值顺序：
- new Widget{}
- Gadget{}
- unique_ptr{}
如果Gadget构造函数抛出异常
- Widget对象已经构建(在堆上)
- unique_ptr尚未获取Widget对象的所有权
- Widget对象泄漏
下图代码就不可能有内存泄露：
- 调用make_unique()在Gadjet构造函数调用之前或之后完全计算。
- 如果Gadget构造函数抛出异常：
- 则Widget已经被unique_ptr所拥有，
- 无论如何，Widget都会被正确地销毁。
- 使用 make_unique和make_shared来创建智能指针！