面试题：C++中堆内存管理的常见问题及解决方案

问题产生原因

内存泄漏：
- 动态分配的内存（使用new或malloc等）在程序结束前没有使用delete或free释放。例如在循环中不断分配内存但未释放，随着循环次数增加，占用的内存越来越多，最终耗尽系统内存资源。
- 异常处理过程中，已经分配的内存没有得到正确释放。比如在try块中分配内存，在catch块中处理异常时没有释放已分配的内存。
悬空指针：
- 指针所指向的内存已经被释放，但指针没有被设置为nullptr（在C++11及以后）或NULL（C++11之前）。之后如果继续使用该指针，就会导致未定义行为，因为它指向的内存已经无效。
- 对象生命周期结束时，其成员指针没有被妥善处理。例如一个类的对象被销毁，但其内部的指针成员指向的内存没有释放，并且这个指针成员没有被置为nullptr，如果后续其他代码使用该指针成员，就会出现悬空指针问题。

解决方案及代码示例

智能指针（避免内存泄漏和悬空指针）：

std::unique_ptr：独占式拥有所指向的对象，对象生命周期由std::unique_ptr控制。当std::unique_ptr离开作用域时，它所指向的对象会被自动释放。

#include <iostream>
#include <memory>

void uniquePtrExample() {
    std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));
    std::cout << "Value: " << *ptr << std::endl;
    // 离开作用域时，内存自动释放，无需手动delete
}

std::shared_ptr：允许多个指针共享同一个对象。使用引用计数来跟踪有多少个std::shared_ptr指向同一个对象。当引用计数为0时，对象被自动释放。

#include <iostream>
#include <memory>

void sharedPtrExample() {
    std::shared_ptr<int> ptr1(new int(20));
    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;
    std::cout << "Value: " << *ptr2 << std::endl;
    // 当ptr1和ptr2离开作用域，引用计数降为0，内存自动释放
}

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则（避免内存泄漏）：

通过在对象构造时获取资源（如分配内存），在对象析构时释放资源，将资源的生命周期与对象的生命周期绑定。

#include <iostream>

class Resource {
public:
    Resource() {
        data = new int(30);
        std::cout << "Resource acquired" << std::endl;
    }
    ~Resource() {
        delete data;
        std::cout << "Resource released" << std::endl;
    }
    int getValue() {
        return *data;
    }
private:
    int* data;
};

void raiiExample() {
    Resource res;
    std::cout << "Value: " << res.getValue() << std::endl;
    // res离开作用域时，自动调用析构函数释放内存
}

手动释放并置空指针（避免悬空指针）：

在释放内存后，将指针设置为nullptr（C++11及以后）或NULL（C++11之前）。

#include <iostream>

void manualReleaseAndNullify() {
    int* ptr = new int(40);
    std::cout << "Value: " << *ptr << std::endl;
    delete ptr;
    ptr = nullptr;
    // 如果尝试访问ptr，会得到nullptr，而不是悬空指针导致的未定义行为
}

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