《类和动态内存分配》课件

类和动态内存分配课程导言课程目标深入理解C++类的概念、动态内存分配机制、以及如何有效地管理内存。课程内容涵盖类定义、构造函数、析构函数、静态成员、动态内存分配、内存泄漏问题以及智能指针等重要主题。学习方法课堂讲解、代码演示、练习和课后作业相结合，培养学生独立思考和解决问题的能力。类的基本概念数据抽象类是数据和操作数据的函数的集合。数据封装类将数据隐藏在内部，只能通过成员函数访问。继承类可以继承其他类的属性和方法，实现代码复用。多态类可以根据不同的对象类型执行不同的操作。类的声明和定义声明类声明类似于创建蓝图，它定义了类的名称、成员变量和成员函数。定义类定义则包含成员函数的具体实现，就像用蓝图构建出实际的房屋一样。作用域声明和定义限定了成员变量和成员函数的作用域。成员变量和成员函数成员变量类中声明的变量，用于存储对象的数据，是对象的状态。成员函数类中声明的函数，用于操作成员变量，定义对象的行为。构造函数和析构函数构造函数创建对象时自动调用，用于初始化成员变量。析构函数对象销毁时自动调用，用于释放资源和执行清理操作。this指针1指向当前对象在类的成员函数中，this指针指向调用该函数的对象。2隐式传递this指针由编译器自动传递给成员函数，不需要手动声明或传递。3区分同名变量当成员变量和局部变量同名时，使用this指针来区分。静态成员变量和静态成员函数1静态成员变量属于类本身，而不是类的某个对象。在类的定义中用关键字static修饰。2静态成员函数只能访问静态成员变量，不能访问非静态成员变量。在类的定义中用关键字static修饰。3作用域静态成员变量和静态成员函数的作用域是整个类，可以被类的所有对象共享。数组和指针数组的本质数组是存储相同数据类型元素的连续内存块，可以通过下标访问每个元素。指针的作用指针存储内存地址，可以用来直接访问和操作内存中的数据。数组和指针的关系数组名在很多情况下可以隐式转换为指针，指向数组的第一个元素的地址。new和delete操作符动态内存分配new操作符用于在堆上分配内存，并返回指向该内存块的指针。内存释放delete操作符用于释放由new分配的内存，并使该内存可用以进行其他分配。动态内存分配的基本原理1堆内存程序运行时动态申请的内存区域2分配器管理堆内存的系统组件3new操作符从堆中申请内存4delete操作符释放堆内存动态数组的创建和访问1创建动态数组使用`new`操作符在堆上分配内存，并返回指向分配内存区域的指针。2访问数组元素使用指针运算符`*`或数组下标访问动态数组的元素。3释放内存使用`delete`操作符释放动态数组占用的内存空间。动态数组的大小调整1内存分配重新分配内存空间2数据拷贝将旧数据复制到新空间3释放旧内存释放原有的内存空间动态内存管理的注意事项避免内存泄漏，及时释放不再使用的内存。小心内存越界访问，可能会导致程序崩溃。重复使用内存，减少内存分配和释放操作。内存泄漏问题动态分配的内存如果忘记释放不再使用的内存，会导致内存泄漏。随着时间的推移，泄漏的内存会累积，导致程序性能下降甚至崩溃。内存泄漏的危害占用系统资源，导致其他进程无法访问内存。降低程序性能，导致程序运行缓慢或崩溃。测试和预防内存泄漏1代码审查仔细检查代码，寻找潜在的内存泄漏问题2内存分析工具使用内存分析工具帮助识别内存泄漏3测试用例编写测试用例，专门测试内存泄漏问题智能指针的概念自动内存管理智能指针自动管理内存，避免手动释放内存导致的内存泄漏问题。资源管理智能指针可以管理其他类型的资源，例如文件、网络连接等。提高代码安全性通过智能指针，可以简化代码，减少错误，提高代码的可读性和可维护性。智能指针的使用方法1创建智能指针使用`make_shared`或`make_unique`函数创建智能指针，避免手动管理内存。2访问指针指向的对象使用`->`或`*`操作符访问智能指针指向的对象。3自动内存管理智能指针会在其生命周期结束时自动释放指向的内存，防止内存泄漏。shared_ptr类共享指针shared_ptr类是C++标准库中提供的智能指针的一种类型，用于管理动态分配的内存。它通过引用计数来跟踪对象的使用次数，并自动释放内存。使用示例shared_ptr可以使用new运算符初始化，也可以从其他shared_ptr对象复制。unique_ptr类独占所有权unique_ptr保证在任何时刻，只有一个unique_ptr指向给定的对象。移动语义unique_ptr支持移动语义，允许将所有权从一个unique_ptr转移到另一个。资源管理unique_ptr在超出作用域时自动释放所指向的资源，避免内存泄漏。weak_ptr类弱引用不影响对象生命周期防止循环引用避免内存泄漏访问管理可安全访问被shared_ptr管理的对象复制构造函数和赋值运算符复制构造函数用于创建新的对象，并将其初始化为现有对象的副本。赋值运算符用于将一个对象的值赋给另一个已经存在的对象。浅拷贝和深拷贝浅拷贝仅复制对象本身，而不复制其成员变量指向的资源。深拷贝复制对象及其所有成员变量，包括它们指向的资源。对象的初始化1构造函数构造函数是专门用来初始化对象的函数，在对象创建时自动调用。2初始化列表使用初始化列表可以更有效地初始化成员变量，避免不必要的赋值操作。3默认初始化如果没有显式初始化，成员变量将根据其类型进行默认初始化。对象的销毁析构函数析构函数在对象被销毁时自动调用，用于释放对象占用的资源。内存回收析构函数负责释放动态分配的内存，避免内存泄漏。对象的销毁析构函数负责销毁对象，释放其占用的资源。析构函数自动调用，确保对象在超出作用域时释放内存。析构函数的顺序与构造函数相反，确保资源的正确释放。拷贝构造函数和赋值运算符的重载重载拷贝构造函数当使用一个对象初始化另一个对象时，就会调用拷贝构造函数。如果未定义拷贝构造函数，编译器将自动生成一个默认的拷贝构造函数，它会逐个成员进行浅拷贝。重载赋值运算符当使用一个对象对另一个对象进行赋值时，就会调用赋值运算符。如果未定义赋值运算符，编译器将自动生成一个默认的赋值运算符，它会逐个成员进行浅拷贝。避免浅拷贝问题在需要进行深拷贝的情况下，需要显式地重载拷贝构造函数和赋值运算符，以确保对象中的数据被正确复制。移动语义和右值引用移动语义允许将资源从一个对象转移到另一个对象，而无需进行复制。右值引用引用到右值（非左值）的引用，可以用于移动语义。完美转发保持类型完美转发允许将函数参数的类型和值完整地传递给另一个函数，而不会改变其类型。通用性通过完美转发，可以编写通用函数，适用于不同类型的参数，而无需显式地指定类型。灵活调用使用完美转发，可以根据实际情况选择不同的调用方式，例如按值传递、按引用传递或按右值传递。标准库容器和内存管理1Vector动态数组，可高