Memory (C++标准库)

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。

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。
template<class Ty>
   class shared_ptr {public:
    typedef Ty element_type;  //指针基类型//构造函数
    shared_ptr();                      //11 空指针
    shared_ptr(nullptr_t);         //22 空指针
    shared_ptr(const shared_ptr& sp);  //33 拷贝构造
    shared_ptr(shared_ptr&& sp);         //44 右值移动构造
    template<class Other> explicit shared_ptr(Other * ptr); //55 由其他指针初始化，构造失败时自动调用delete ptr
    template<class Other, class D> shared_ptr(Other * ptr, D dtor); //66 由其他指针初始化，dtor是个可调用的函数对象，构造失败时自动调用dtor(ptr)
    template<class D> shared_ptr(nullptr_t, D dtor); //77 空指针，并指定deleter
    template<class Other, class D, class A> shared_ptr(Other *ptr, D dtor, A alloc);//88 alloc管理shared_ptr控制块的内存分配与释放，构造失败时自动调用dtor(ptr)
    template<class D, class A> shared_ptr(nullptr_t, D dtor, A alloc);//99 空指针
    template<class Other> shared_ptr(const shared_ptr<Other>& sp); //0A  拷贝构造+类型转换
    template<class Other> shared_ptr(const shared_ptr<Other>&& sp); //0B 移动构造+类型转换
    template<class Other>  explicit shared_ptr(const weak_ptr<Other>& wp); //0C 由弱指针拷贝构造
    template<class Other>  shared_ptr(auto_ptr<Other>& ap); //0D 由auto_ptr指针拷贝构造
    template<class Other, class D> shared_ptr(unique_ptr<Other, D>&& up); //0E 由unique_ptr移动构造
    template<class Other> shared_ptr(const shared_ptr<Other>& sp, Ty *ptr); //0F 
    template<class Other, class D>shared_ptr(const unique_ptr<Other, D>& up) = delete;//10 禁用const unique_ptr作为移动构造函数
    ~shared_ptr(); // 析构函数
    shared_ptr& operator=(const shared_ptr& sp); //赋值运算符
    template<class Other> shared_ptr& operator=(const shared_ptr<Other>& sp); //类型转换的赋值运算符
    shared_ptr& operator=(shared_ptr&& sp); //右值引用的移动语义
    template<class Other> shared_ptr& operator=(shared_ptr<Other>&& sp); //右值引用+类型转换
    template<class Other> shared_ptr& operator=(auto_ptr< Other >&& ap); //右值引用+auto_ptr类型转换
    template <class Other, class D> shared_ptr& operator=(const unique_ptr< Other, D>& up) = delete; //禁止const型unique_ptr移动赋值给shared_ptr
    template <class Other, class D> shared_ptr& operator=(unique_ptr<Other, D>&& up);//右值引用的移动语义+类型转换
    void swap(shared_ptr& sp); //交换两个指针的内容//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
    void reset(); 
    template<class Other> void reset(Other *ptr);
    template<class Other, class D> void reset(Other *ptr, D dtor);
    template<class Other, class D, class A> void reset(Other *ptr, D dtor, A alloc);

    Ty *get() const;                 //返回所指向的数据对象的地址
    Ty& operator*() const;     //返回所指向的数据对象
    Ty *operator->() const;    //返回所指向的数据对象的地址
    long use_count() const;   //返回引用计数值
    bool unique() const;        //判断是否独占引用数据对象
    operator bool() const;     //判断是否指向了一个数据对象

    template<class Other> bool owner_before(shared_ptr<Other> const& ptr) const;
    template<class Other> bool owner_before(weak_ptr<Other> const& ptr) const;
    template<class D, class Ty>  D* get_deleter(shared_ptr<Ty> const& ptr);};

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。
template<class Ty> class weak_ptr {public:
    typedef Ty element_type; //指针基类型//构造函数
    weak_ptr();                               //空指针
    weak_ptr(const weak_ptr&);    //拷贝构造
    template<class Other> weak_ptr(const weak_ptr<Other>&); //类型转换的拷贝构造
    template<class Other> weak_ptr(const shared_ptr<Other>&); //从shared_ptr拷贝构造//赋值运算符
    weak_ptr& operator=(const weak_ptr&);
    template<class Other> weak_ptr& operator=(const weak_ptr<Other>&);
    template<class Other> weak_ptr& operator=(shared_ptr<Other>&);

    void swap(weak_ptr&); //交换对象的内容
    void reset();                   //放弃指向资源，当前对象变为空的弱指针

    long use_count() const; //返回资源的引用计数
    bool expired() const;     //判断指向的资源是否还存在（或已经被释放）
    shared_ptr<Ty> lock() const; // 获取对资源的专属拥有
    };

auto_ptr

auto_ptr，即自动指针，在C++11标准是过时的类模板。

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。<memory>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：
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>。
                     //因为容器类需要动态申请内存的往往不是value_type，而是诸如List Node这样的其他类型
{
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);
}};

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。

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。