[作业] 【C++进阶】Day 5：RobotManager 系统 (指针容器与内存生命周期) [推广有奖]

前言

今天的 C++ 学习难度明显提升了一个层次。之前的学习内容主要集中在变量定义和基础逻辑的实现上，而今天则需要动手实现一个模拟真实场景的机器人管家系统，以应对更复杂的工程需求。

RobotManager

本次实践涉及多个核心概念：包括指针存储、动态内存分配（使用 new 和 delete）以及通过迭代器进行容器遍历。虽然整个过程逻辑较为复杂，理解起来有一定挑战，但当看到析构函数自动完成内存清理时，终于体会到了 C++ 在系统级编程中的精妙与美感。

new/delete

一、为何要采用如此复杂的机制？

通过本次实战，总结出两个关键原因：

• 效率优先：机器人对象本身可能非常庞大，例如包含地图数据、雷达信息等。如果直接在容器中存储完整对象，在容器扩容时会触发大量对象的复制操作，带来高昂的性能开销。而改用指针存储后，每个元素仅占 8 字节（64 位系统下的地址大小），极大地减轻了“搬家”成本。
• 生命周期精准控制：通过结合 new 与 delete 使用指针，可以精确掌控机器人对象的创建与销毁时机，避免依赖默认的栈生命周期管理，从而适应更复杂的运行场景。

new

delete

二、系统架构设计

整个系统由两个核心类构成：

• Robot 类：代表单个机器人实体，具备自我介绍等功能。
• Manager 类：作为机器人集群的管理中心，负责对机器人进行增、删、查、改操作。

Robot

RobotManager

核心难点：管家类的实现

其中，Manager 类的设计尤为关键，尤其是在处理堆内存资源和迭代器安全删除方面，稍有不慎就会导致内存泄漏或访问非法地址。

RobotManager.h

class RobotManager {
public:
    RobotManager();
    ~RobotManager(); // 【析构函数】管家下班时的自动清理逻辑

    void add_robot(int id, std::string name); // 动态生成
    void delete_robot(int id); // 手动销毁
    void tick_all(); // 全体巡检

private:
    // 这里存的是 Robot* (指针)，而不是 Robot 本体
    std::vector<Robot*> robot_list_; 
};

三、关键代码逻辑解析（避坑经验总结）

以下三个部分是本次编码中最容易出错的地方，为了便于理解，我引入“酒店管理”的比喻来进行说明。

1. 动态创建对象（new）—— 相当于“办理入住”

每当新增一个机器人，就需要使用 new 在堆上为其分配内存空间，就像为客人分配房间并登记入住信息一样。

void RobotManager::add_robot(int id, std::string name) {
    // 1. 在堆内存(Heap)申请房间，new 返回的是房间号(地址)
    Robot* new_bot = new Robot(id, name);
    
    // 2. 把房间号登记在册
    robot_list_.push_back(new_bot);
}

2. 安全释放资源（delete + erase）—— 对应“退房流程”

这是整个程序中最容易出错的部分，特别是在遍历过程中删除元素时，必须借助迭代器（Iterator）来正确操作。

void RobotManager::delete_robot(int id) {
    // 使用迭代器 it 进行遍历
    for (auto it = robot_list_.begin(); it != robot_list_.end(); ) {
        Robot* current_bot = *it; // 拿到当前房间号

        if (current_bot->get_id() == id) {
            // 【关键步骤 1】先释放内存！(把客人赶走)
            // 如果不写这行，只是把名单划掉，内存就泄漏了
            delete current_bot; 
            
            // 【关键步骤 2】从列表中移除
            // erase 会返回下一个有效的迭代器，保证循环不断链
            it = robot_list_.erase(it);
            return;
        } else {
            ++it; // 继续往下找
        }
    }
}

重要提醒：绝不能先执行 erase 再调用 delete！这相当于先把客人的名字从名单上划掉，再去尝试关闭房间电源——此时已无法找到对应房间号，导致该内存块永远无法被回收，形成内存泄漏。

erase

delete

3. 析构函数的自动清理 —— 好比“酒店倒闭”

最令人印象深刻的是析构函数的作用。当 main() 函数结束，Manager 对象即将被销毁时，析构函数会自动触发。

main

manager

它会遍历所有残留的指针，并逐一释放其所指向的内存空间。这种机制正是 C++ 中著名的 RAII（Resource Acquisition Is Initialization） 思想的体现：

你只需关注资源的申请，系统的初始化即意味着资源的绑定；而对象生命周期结束时，析构过程自然完成资源的释放。

RobotManager::~RobotManager() {
    std::cout << "[系统] 管家即将下班，清理残余机器人..." << std::endl;
    for (auto ptr : robot_list_) {
        delete ptr; // 把还没退房的客人全部清退
    }
    robot_list_.clear();
}

new

四、运行效果展示

完成编译并执行程序后，终端输出如下结果：

五、学习总结

• 熟练掌握 指针（*） 与 取地址符（&） 的使用方式及其相互关系。
• 理解堆内存管理的基本原则：谁申请（new），谁释放（delete），防止资源泄露。
• 深入认识容器中存储指针的优势，特别是在处理大型对象和动态集合时的性能表现。

*

&

vector

Robot

std::vector