C++vector，智能指针，拷贝构造函数

我将分别介绍 C 中的智能指针、std::vector动态数组以及拷贝构造函数的概念、用法和适用场景。一、C 智能指针智能指针是用于自动化管理动态分配内存的模板类位于memory头文件中。它们通过 RAIIResource Acquisition Is Initialization机制在指针生命周期结束时自动释放内存避免内存泄漏。1.std::unique_ptr特点独占资源所有权不可复制但可移动。用法#include memory std::unique_ptrint ptr std::make_uniqueint(42);使用场景管理对象的独占生命周期如工厂模式返回的对象。替代裸指针明确资源所有权。移动时2.std::shared_ptr特点通过引用计数共享资源所有权支持复制。用法auto ptr1 std::make_sharedint(100); auto ptr2 ptr1; // 引用计数增加使用场景多个对象需要共享同一资源如缓存数据。需要跨作用域传递所有权。3.std::weak_ptr特点观察shared_ptr的资源不增加引用计数避免循环引用。用法auto shared std::make_sharedint(200); std::weak_ptrint weak shared; if (auto tmp weak.lock()) { // 检查资源是否有效 // 使用 tmp }使用场景解决shared_ptr循环引用问题如父子节点互相持有指针。临时访问共享资源如缓存观察者。4.小结使用智能指针可以不用管理指针在堆上创建的空间没有进行delete可以有效防止内存泄露的问题三种指针适合环境不同可代替传统指针。特性unique_ptrshared_ptrweak_ptr所有权独占所有权共享所有权无所有权弱引用拷贝❌ 禁止拷贝✅ 允许拷贝✅ 允许拷贝移动✅ 允许移动✅ 允许移动✅ 允许移动引用计数❌ 无✅ 有✅ 有不增加计数内存开销最小仅指针较大指针控制块较小仅控制块指针性能⭐⭐⭐ 最快⭐⭐ 中等⭐⭐⭐ 快空值检查if(ptr)if(ptr)if(ptr)/expired()访问对象*ptr/ptr-*ptr/ptr-需lock()转 shared_ptrC版本C11C11C11头文件memorymemorymemory使用场景场景unique_ptrshared_ptrweak_ptr单一所有者✅ 推荐⚠️ 可用❌ 不适用多个所有者共享❌ 不适用✅ 推荐⚠️ 配合使用打破循环引用❌ 不适用❌ 不适用✅ 推荐观察者模式❌ 不适用⚠️ 可用✅ 推荐缓存/临时引用❌ 不适用⚠️ 可用✅ 推荐返回值/转移所有权✅ 推荐✅ 可用❌ 不适用容器存储✅ 推荐✅ 可用⚠️ 谨慎使用二、动态数组std::vectorstd::vector是 C 标准库中的动态数组容器位于vector支持自动扩容和随机访问。核心特性动态扩容当容量不足时自动分配新内存通常翻倍并迁移数据。连续存储元素在内存中连续分布支持指针算术。接口丰富struct vec { int x,y,z; vec(int x ,int y,int z):x(x),y(y),z(z) { coutcreatendl; } vec(const vec other):x(other.x),y(other.y),z(other.z) { coutcopyendl; } }; vectorvec v; int main() { vectorint a {1,2}; vectorint b (4,-1); vectorint::iterator it;//迭代器本质就是指针 for(it a.begin();it ! a.end();it) { cout*itendl; } for(it b.begin();it ! b.end();it) { cout*itendl; } vectorvec v; // v.reserve(3);//容器分配减少拷贝 v.push_back(vec{1,2,3});//在栈上创建然后再放在vector 会调用拷贝构造函数 v.push_back(vec{4,5,6}); v.push_back(vec{5,6,7}); // v.emplace_back(1,2,3);//直接放在容器vector上 // v.emplace_back(4,5,6); // v.emplace_back(7,8,9); for(int i 0; i v.size();i) { coutv[i].xendl; coutv[i].yendl; coutv[i].zendl; } return 0; }迭代器vectorint::iterator it;本质上是指针使用reserve()可指定容器大小当添加对象没有超过容器最大限度时不会调用拷贝构造函数添加对象push_back()使用时会调用构造函数当使用erase()会调用析构函数。要注意的是当vector.push_back()和erase()操作对象是指针时不会调用对应构造函数和析构函数可以使用emplace_back()不会调用构造函数。能用emplace_back()就别用push_back()能传右值就别传左值这里为了体现拷贝构造函数才使用的push_back();使用场景需要动态调整大小的数组如读入未知数量的数据。高频随机访问时间复杂度 $O(1)$。替代原生数组避免手动内存管理。三、拷贝构造函数拷贝构造函数是类的特殊成员函数用于通过同类型对象初始化新对象。其签名通常为ClassName(const ClassName other);1. 调用时机显式拷贝初始化MyClass obj1; MyClass obj2 obj1; // 调用拷贝构造函数传参值传递void func(MyClass obj); func(obj1); // 实参到形参的拷贝函数返回值若未优化MyClass create() { MyClass obj; return obj; // 可能调用拷贝构造RVO/NRVO 可能优化 }2. 深浅拷贝问题默认拷贝逐成员复制浅拷贝若含指针成员会导致双重释放。自定义拷贝需手动复制指针指向的资源深拷贝class String { private: char* m_Buffer; unsigned int m_Size; public: String(const char* string) { m_Size strlen(string); m_Buffer new char[m_Size 1]; memcpy(m_Buffer,string,m_Size); m_Size 0; } String(const String other):m_Size(other.m_Size) { m_Buffer new char[m_Size1]; memcpy(m_Buffer,other.m_Buffer,m_Size1); } ~String() { delete[ ] m_Buffer; } void Print() { cout m_Buffer endl; } }; int main() { String a(test); String Second a; a.Print(); }3. 使用场景需要安全复制含动态资源的对象如字符串、容器。禁用拷贝时可声明为 delete如unique_ptr。深拷贝时会为拷贝的数据单独创建一份空间。维度浅拷贝深拷贝指针复制只复制指针地址复制指针地址 分配新内存数据复制❌ 不复制数据✅ 复制数据内存独立性❌ 共享同一块内存✅ 各自独立内存修改影响一个改另一个也变互不影响析构问题⚠️ 可能重复释放✅ 安全释放性能⭐ 快只复制指针⭐⭐ 慢需分配复制内存开销小大默认行为C默认拷贝构造是浅拷贝需手动实现总结概念作用典型场景智能指针自动化管理堆内存资源生命周期管理std::vector动态数组容器需扩容的连续数据存储拷贝构造函数定义对象拷贝行为深拷贝资源或禁用拷贝结合使用示例// 使用 vector 存储智能指针 std::vectorstd::unique_ptrMyClass objects; objects.push_back(std::make_uniqueMyClass()); // 自定义类的拷贝构造 class ResourceHolder { public: ResourceHolder(const ResourceHolder other) : data_(new int(*other.data_)) {} // 深拷贝 private: std::unique_ptrint data_; // 智能指针管理资源 };