面试题：C++ vector内存管理与复杂对象

面临的挑战

内存重新分配：当vector的容量不足时，会重新分配内存，将原数据复制到新的内存位置。对于复杂对象，这意味着对象的复制构造函数会被调用。如果复制构造函数没有正确实现（例如，没有正确分配新的动态内存），就会导致数据错误或内存泄漏。
元素删除：当从vector中删除元素时，必须正确释放该元素所占用的动态内存。如果没有正确实现析构函数，会导致内存泄漏。
悬空指针：在vector进行插入、删除操作导致内存重新分配时，如果有外部指针指向vector中的元素，重新分配后这些指针就会变成悬空指针。

解决方案

正确实现类的拷贝构造函数、赋值运算符和析构函数（RAII原则）：确保在对象复制、赋值和销毁时，动态内存得到正确管理。
使用智能指针：在vector中存储智能指针而不是原始指针，智能指针会自动管理所指向对象的生命周期，有效避免悬空指针和内存泄漏。

代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

class ComplexObject {
private:
    int* data;
public:
    ComplexObject() : data(new int(0)) {
        std::cout << "ComplexObject constructor" << std::endl;
    }

    ComplexObject(const ComplexObject& other) : data(new int(*other.data)) {
        std::cout << "ComplexObject copy constructor" << std::endl;
    }

    ComplexObject& operator=(const ComplexObject& other) {
        if (this != &other) {
            delete data;
            data = new int(*other.data);
        }
        std::cout << "ComplexObject assignment operator" << std::endl;
        return *this;
    }

    ~ComplexObject() {
        delete data;
        std::cout << "ComplexObject destructor" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 使用原始指针的vector，存在风险
    std::vector<ComplexObject*> rawPtrVec;
    rawPtrVec.push_back(new ComplexObject());
    // 如果这里rawPtrVec进行内存重新分配，可能导致悬空指针
    // 手动管理内存释放，容易出错
    for (auto ptr : rawPtrVec) {
        delete ptr;
    }
    rawPtrVec.clear();

    // 使用智能指针的vector
    std::vector<std::unique_ptr<ComplexObject>> smartPtrVec;
    smartPtrVec.emplace_back(std::make_unique<ComplexObject>());
    // 智能指针会自动管理ComplexObject的生命周期
    // 无需手动释放内存，避免悬空指针和内存泄漏
    return 0;
}

在上述代码中，ComplexObject类正确实现了拷贝构造函数、赋值运算符和析构函数。main函数展示了使用原始指针的vector存在的风险，以及使用智能指针的vector如何有效避免这些问题。智能指针（如std::unique_ptr）会在其生命周期结束时自动调用所指向对象的析构函数，确保动态分配的内存得到正确释放。

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