内存与智能指针

这一课你将能做到

1. 区分栈、堆、静态区三块内存，并解释为什么 new/delete 手动配对迟早出错
2. 用 unique_ptr 与 shared_ptr 托管堆对象，说清各自的所有权模型与适用场景
3. 解释移动语义：为什么 std::move 之后原对象「被掏空」，以及 vector 扩容如何靠移动省去复制

为什么要学

Java 程序员从入职第一天就被 GC 托底：忘了置 null？没关系。C++ 没有 GC，new 出来的内存必须有人负责 delete——忘了就泄漏，删两次就崩，删了还用就是野指针。判题沙箱一天评测上千份提交，每份都要分配用户代码的输入缓冲、输出缓冲，任何一处泄漏累积起来就是内存耗尽、全站评测卡死。

现代 C++ 的答案是：不裸写 new/delete，用智能指针把「释放时机」编码进对象所有权里。这本质上是用 RAII（上一课）管理内存本身。学完这课你会明白：C++ 没有 GC，但有比 GC 更早、更确定性的资源回收方式——代价是你必须想清楚「这块内存归谁管」。

先建立图像

一个进程的内存布局：

高地址 ┌──────────────┐
       │   栈 Stack   │ ← 局部变量、函数参数；自动分配自动释放，MB 级
       │      ↓       │
       │   (空闲)     │
       │      ↑       │
       │   堆 Heap    │ ← new/delete 的地盘；手动管理，GB 级
       ├──────────────┤
       │  静态/全局区 │ ← 全局变量、static；程序全程存活
       │    代码区    │ ← 机器指令
低地址 └──────────────┘

Java 对比：JVM 把堆再切成新生代/老年代跑 GC；
C++ 的堆就是一块裸内存池，谁来 new 谁负责——或者交给智能指针。

跟着做

步骤 1：感受 new/delete 的脆弱

新建 memory.cpp，先看裸写法的三个死法：

#include <iostream>

void caseA_leak() {                    // 死法一：泄漏
    int* p = new int(42);
    // 函数结束 p 消失，堆上那 4 字节再也没人能释放
    delete p;                          // 补上这行才对；真实工程里常在分支/异常路径漏掉
}

void caseA_leak2() {
    int* p = new int(42);
    delete p;
    // delete p;        // 死法二：双重释放 → 立即崩溃或堆损坏
    // p 是野指针，又指向已释放内存。delete 后应 p = nullptr;
}

int* factory() {                       // 死法三：所有权不明
    return new int(7);                 // 调用方必须记得 delete，谁来删？文档说了不算
}

int main() {
    int* q = factory();
    std::cout << *q << "\n";
    delete q;                          // 忘了这行 → 泄漏；删两次 → 崩溃
    return 0;
}

编译能过、逻辑看着也对——内存 bug 的阴险就在「平时正常，压测爆炸」。

步骤 2：unique_ptr——独占所有权

#include <iostream>
#include <memory>

struct Report {
    int score;
    explicit Report(int s) : score(s) { std::cout << "Report 构造\n"; }
    ~Report() { std::cout << "Report 析构\n"; }
};

void process(Report* raw) { std::cout << "处理: " << raw->score << "\n"; }

int main() {
    // 创建：make_unique 优先（C++14），比直接 new 更安全
    std::unique_ptr<Report> r = std::make_unique<Report>(95);

    // 用起来像指针
    std::cout << r->score << "\n";
    process(r.get());          // get()：借出裸指针给只用的函数，不转移所有权

    // r2 = r;                 // 编译错误！unique_ptr 禁止拷贝：独占就是独占
    std::unique_ptr<Report> r2 = std::move(r);   // 转移所有权：r 变为空
    if (!r) std::cout << "r 已交出所有权\n";

    return 0;
}   // r2 离开作用域 → 自动 delete → 打印「Report 析构」