C++学习之旅：内存管理、模板初阶以及STL简介

恭喜你走到这一步！掌握了基础语法、函数、类与对象后，接下来这三大块——内存管理、模板（Template）和STL（标准模板库）——是真正让C++强大起来的核心能力。咱们一步一步来，轻松不迷路！

1. C++ 内存管理：new/delete 与 RAII 思想

C++ 没有垃圾回收（GC），内存完全由程序员手动管理，但现代C++提供了安全高效的机制。

原始方式：new 和 delete

int* p1 = new int;          // 动态分配单个整数
int* arr = new int[10];     // 动态分配数组

*p1 = 42;
arr[0] = 100;

// 必须成对删除，否则内存泄漏！
delete p1;                  // 释放单个
delete[] arr;               // 释放数组（必须加[]）

常见错误：

• 忘记 delete → 内存泄漏
• delete 后继续使用 → 野指针（undefined behavior）
• new 和 delete 不匹配（new[] 却 delete）→ 未定义行为

现代C++推荐：智能指针 + RAII
RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：资源获取即初始化——构造函数申请资源，析构函数释放资源。

#include <memory>  // 必须包含

std::unique_ptr<int> up1(new int(42));        // 独占所有权
std::unique_ptr<int> up2 = std::make_unique<int>(100);  // 推荐写法，更安全

std::shared_ptr<int> sp1 = std::make_shared<int>(200);  // 共享所有权，引用计数
std::shared_ptr<int> sp2 = sp1;  // 计数+1

// 离开作用域自动释放，无需手动 delete！

智能指针对比表

智能指针	所有权	典型场景	关键函数
unique_ptr	独占	需要明确单一所有者的资源	make_unique, reset
shared_ptr	共享（引用计数）	多个对象共享同一资源	make_shared, use_count
weak_ptr	弱引用	解决 shared_ptr 循环引用	lock() 获取 shared_ptr

实战建议：

• 永远优先使用 std::make_unique 和 std::make_shared（异常安全）
• 裸 new/delete 只在极特殊情况（如实现自己的智能指针）使用

2. 模板初阶：泛型编程的起点

模板是C++泛型编程的基础，让你写出“类型无关”的代码。

函数模板

#include <iostream>

// 模板声明
template <typename T>   // T 是类型参数
T max(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

int main() {
    std::cout << max(3, 7) << std::endl;        // T 推导为 int
    std::cout << max(3.14, 2.718) << std::endl; // T 推导为 double
    std::cout << max('a', 'z') << std::endl;    // T 推导为 char
    return 0;
}

类模板

template <typename T, int SIZE = 10>  // 可多个参数，默认参数
class Array {
    T data[SIZE];
public:
    T& operator[](int idx) { return data[idx]; }
};

Array<int> intArr;           // SIZE 使用默认值 10
Array<double, 100> bigArr;   // 指定 SIZE 为 100

显式指定类型

max<double>(3, 7.5);  // 强制使用 double

关键点：

• 模板代码在编译期实例化（生成具体类型代码）
• 模板定义一般放在头文件（.h 或 .hpp），因为编译器需要看到完整定义

3. STL 简介：标准模板库，C++的“轮子”宝库

STL（Standard Template Library）是C++最强大的部分，包含三大组件：容器、算法、迭代器。

常用容器速览

容器	特点	典型用法场景
vector	动态数组，随机访问快	替代普通数组，大多数序列需求
deque	双端队列，头尾插入快	需要频繁首尾操作
list	双向链表，插入删除快	频繁中间插入删除
set/multiset	有序集合（红黑树），自动排序去重	需要有序、快速查找
map/multimap	有序键值对	字典、配置表
unordered_set/map	无序哈希集合/映射，平均O(1)查找	追求极致速度的查找
stack	栈（适配器）	后进先出
queue	队列（适配器）	先进先出

vector 基本用法示例

#include <vector>
#include <iostream>

std::vector<int> vec;
vec.push_back(10);
vec.push_back(20);

for (int x : vec) {          // 范围 for 循环（C++11）
    std::cout << x << " ";
}
// 输出：10 20

vec.emplace_back(30);        // 更高效的插入（就地构造）

常用算法（）

#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
std::sort(v.begin(), v.end());      // 排序
auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 4);  // 查找
std::reverse(v.begin(), v.end());   // 反转

迭代器：容器的“指针”

• begin()/end()：正向迭代
• rbegin()/rend()：反向迭代
• const_iterator：只读迭代器

三者关系总结

• 内存管理提供了安全高效的资源控制（智能指针是基础）
• 模板让STL成为可能（所有STL容器和算法都是模板）
• STL让你几乎不需要自己实现数据结构和算法，专注业务逻辑

学习路线建议

1. 先熟练智能指针（unique_ptr → shared_ptr → weak_ptr）
2. 写几个简单函数模板和类模板
3. 掌握 vector、string、map、set 这四大常用容器
4. 学会用算法（sort、find、max_element 等）
5. 再深入 unordered_map、lambda、move 语义等进阶

掌握了这三块，你就已经跨入现代C++的门槛，能写出高效、安全、优雅的代码了！

想继续深入哪个部分（比如智能指针实现原理、STL迭代器失效、模板特化），或者要实战代码练习题，随时告诉我，继续陪你冲！🚀