Memory (C++标准库)

memory 是C++标准程式库中的一个头文件，定义了C++标准中的智能指针、内存分配器（allocator）、与垃圾回收有关的函数、临时性的申请与释放动态内存的函数、在内存上创建（构造）对象的函数等等。
智能指针.
智能指针是指当指针对象的生命期结束析构时，同时把指针所指的对象也delete或者引用计数减1。
unique_ptr.
unique_ptr是个类模板。unique_ptr指针对象独占式地引用所指的数据对象。不能复制构造（copy ctor），也不能复制赋值，也就是对其无法进行复制，不能得到指向同一个对象的两个unique_ptr；但是可以移动构造和移动赋值。当unique_ptr指针对象离开其作用域，生命期结束时，自动使用内部给定的删除器（deleter）delete所指向的数据对象。unique_ptr十分依赖于右值引用和移动语义。
<syntaxhighlight lang="cpp">
template<class Type, class Del = default_delete<Type> >
public:
//构造函数
//析构函数
private:
</syntaxhighlight>
unique_ptr的主要用途有：
shared_ptr.
shared_ptr是一个类模板，包装了使用引用计数的智能指针。当shared_ptr在退出其作用域、生命期结束时，析构函数或自动对所指内存数据对象的引用计数减去1。如果内存数据对象的引用计数为0，则会被自动delete。指向同一资源的shared_ptr共同拥有一个控制块，其中保存了shared_ptr的引用计数、指向这一资源的weak_ptr的数目、资源的析构器（deleter ）地址、对该控制块的可定制的allocator。
<syntaxhighlight lang="cpp">
template<class Ty>
public:
//构造函数
//reset成员函数，把当前指向的数据对象的引用计数减1，然后指向参数表中新的数据对象
</syntaxhighlight>
weak_ptr.
弱指针weak_ptr用于指向、但不拥有（即不参加引用计数）由shared_ptr管理的资源。弱指针并不直接提供对资源的访问。应该通过shared_ptr来访问资源。当资源的引用计数为0（所有拥有该资源的shared_ptr对象都已被销毁），该资源将被delete，这时如果仍然有弱指针指向该资源，则该弱指针将变为expired状态。这实际上避免了资源的循环引用计数。对于循环的引用计数，如果把其中的一个shared_ptr的指针指向改为weak_ptr的指针指向，即打破了循环引用。
<syntaxhighlight lang="cpp">
template<class Ty> class weak_ptr {
public:
//构造函数
//赋值运算符
</syntaxhighlight>
auto_ptr.
auto_ptr，即自动指针，在C++11标准是过时的类模板。
其他Helper类.
default_delete.
作为使用codice_1分配内存的unique_ptr对象的deleter。有两种形式：
示例：
<syntaxhighlight lang="cpp">
int main()
// {
// std::shared_ptr<int> shared_bad(new int);
// } // the destructor calls delete, undefined behavior
</syntaxhighlight>
allocator.
allocator是STL中非常常用的类模板，用于定制内存的分配、释放、管理。目的是封装STL容器在内存管理上的低层细节，所以用户程序不应该直接调用allocator去管理内存，除非是正在定制容器。allocator将内存的分配与对象的构造初始化解耦，分别用allocate、construct两个成员函数完成；同样将内存的释放与对象的析构销毁解耦，分别用deallocat、destroy两个成员函数完成。自定义的allocator的实现，必须满足C++11标准的17.6.3.5节中的“Table 28 —— Allocator requirements”，简单说就是要在类中定义若干类型名、模板成员名、成员函数、运算符函数。codice_2中定义的allocator类模板做一些使用全局malloc/free函数表达式的内存的分配、释放的平常操作：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template<class _Ty> class allocator : public _Allocator_base<_Ty>
public:
/*类型定义。容器类常常直接从它的allocator提取这些类型—— */
typedef _Allocator_base<_Ty> _Mybase; //基类型
 typedef typename _Mybase::value_type value_type;//值类型
 typedef value_type _FARQ *pointer; //指针类型
 typedef value_type _FARQ& reference; //引用类型
 typedef const value_type _FARQ *const_pointer; //常量指针类型
 typedef const value_type _FARQ& const_reference;//常量引用类型
 typedef size_t size_type; //size类型
 typedef ptrdiff_t difference_type; //地址差值类型
/*类型操作函数： */ 
 template<class _Other>
 struct rebind //用于重绑定的成员模板： convert this type to allocator<_Other>。
 typedef allocator<_Other> other;
 pointer address(reference _Val) const
 { // 把mutuable引用变换为地址返回
 return ((pointer) &(char&)_Val);
 const_pointer address(const_reference _Val) const
 { //把只读引用变换为只读地址返回
 return ((const_pointer) &(char&)_Val);
/*构造函数：*/ 
 allocator() throw( )
 { //缺省构造，不抛出异常
 allocator(const allocator<_Ty>&) throw()
 { // 空的拷贝构造
 template<class _Other>
 allocator(const allocator<_Other>&) throw()
 { //从相关的allocator做拷贝构造，内容为空
 template<class _Other>
 allocator<_Ty>& operator=(const allocator<_Other>&)
 { //从相关的allocator做拷贝赋值运算符，内容为空
 return (*this);
/*以下为业务函数： */
 void deallocate(pointer _Ptr, size_type) //释放内存，并不析构对象。第二个参数为元素的项数
 { // deallocate object at _Ptr, ignore size 
 ::operator delete(_Ptr);
 pointer allocate(size_type _Count) //获取内存资源，并不调用对象的构造函数
 { // allocate array of _Count elements
 return (_Allocate(_Count, (pointer)0)); 
 pointer allocate(size_type _Count, const void _FARQ *)
 { // allocate array of _Count elements, ignore hint 为高性能而设计的allocator可能会利用第二个参数的提示
 return (allocate(_Count));
 void construct(pointer _Ptr, const _Ty& _Val) // construct object at _Ptr with value _Val 
 { //实际上调用了“带位置的new运算符表达式”，实现在特定位置上调用构造函数。 
 _Construct(_Ptr, _Val);
 void construct(pointer _Ptr, _Ty&& _Val) //construct object at _Ptr with right-value _Val
 { 实际上调用了“带位置的new运算符表达式”，以及右值完美转发，实现在特定位置上调用构造函数。
 ::new ((void _FARQ *)_Ptr) _Ty(_STD forward<_Ty>(_Val));
 template<class _Other>
 void construct(pointer _Ptr, _Other&& _Val) // construct object at _Ptr with value _Val， 带类型转换
 ::new ((void _FARQ *)_Ptr) _Ty(_STD forward<_Other>(_Val));
 void destroy(pointer _Ptr)
 { // 摧毁在地址 _Ptr的对象，但不释放内存
 _Destroy(_Ptr);
 _SIZT max_size() const _THROW0()
 { // 估计allocator能分配的数据对象的最大可能数目
 _SIZT _Count = (_SIZT)(-1) / sizeof (_Ty);
 return (0 < _Count ? _Count : 1);
};
</syntaxhighlight>
allocator_traits.
allocator_traits是对allocator的包装。
bad_weak_ptr.
bad_weak_ptr是个异常类。在用弱指针拷贝构造共享指针时，如果弱指针是expired，那么拷贝构造函数抛出bad_weak_ptr异常。
enable_shared_from_this.
enable_shared_from_this是一个helper类模板，用于作为数据类的基类。当数据类的对象已经被shared_ptr所拥有，如果需要从该数据类对象获得其shared_ptr指针，就需要调用作为基类的enable_shared_from_this的成员函数codice_3。例如：
<syntaxhighlight lang="cpp">
struct Data : public enable_shared_from_this<Data> { };
int main() {
</syntaxhighlight>
在上例中，b与a共同拥有对数据类对象的同一套引用计数，因此是正确的。如果如此构造b：
则对同一个数据类对象，弄出了两套引用计数。这会导致当一套引用计数变为0而销毁数据类对象时，另外一套引用计数的shared_ptr成为“悬空”的错误。
Microsoft Visual C++ 2010是在enable_shared_from_this类模板中定义一个数据类型codice_5。shared_ptr的对象在调用构造函数时，最后将调用一个函数_Enable_shared(_Ty *_Ptr, _Ref_count_base *_Refptr），其中第一个参数是数据类对象的指针，第二个参数是引用计数控制块的指针。利用模板元编程的参数推导的特性，编译器选择_Enable_shared，或是匹配下述模板函数
或是匹配下述普通函数
前者把enable_shared_from_this类中把一个弱指针指向了shared_ptr的引用计数控制块。从而实现了enable_shared_from_this类的语义。
pointer_traits.
pointer_traits是一个类模板，描述指针类型所需要的一些类型的定义。
raw_storage_iterator.
raw_storage_iterator是个类模板，用于表示指向内存的一个前向迭代器。其赋值运算符在当前所指向内存上调用值类型的构造函数，生成一个对象。
例子.
共享指针.
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Test
public:
};
int main()
</syntaxhighlight>
弱指针例子.
<syntaxhighlight lang="cpp">
class TestB;
class TestA
public:
private:
class TestB
public:
int main()
</syntaxhighlight>
独占指针的例子.
<syntaxhighlight lang="cpp">
int main()
</syntaxhighlight>