Aufgaben-Python/courses/cpp/10_smart_pointer_und_speichersicherheit

C++ 10: Smart Pointer & Modern Memory Safety

Modernes C++20 löst das historische Problem von C/C++ – manuelle Speicherverwaltung, Memory Leaks und Ungültige Zeiger (Dangling Pointers) – vollständig durch Smart Pointer und das RAII-Prinzip (Resource Acquisition Is Initialization).

---

🎯 Lernziele

1. Exklusiver Besitz: std::unique_ptr<T> mit std::make_unique<T> erzeugen und per std::move transferieren.
2. Geteilter Besitz: std::shared_ptr<T> und atomare Referenzzählung verstehen.
3. Zyklenfreie Strukturen: std::weak_ptr<T> zur Verhinderung von Speicherlecks in Graphen, Caches und Observern einsetzen (.lock(), .expired()).
4. RAII Custom Deleters: Nicht-speicherbasierte Handles (C-File-Pointers, Mutexes) sicher über RAII-Deleter verwalten.
5. Memory Safety Verification: Überwachung von Konstruktion und Destruktion in Unit Tests.

---

💡 Schlüsselkonzepte

1. std::unique_ptr

• Kann nicht kopiert werden (copy constructor = delete).
• Überträgt Besitz via std::move.
• Zerstört das Objekt automatisch beim Verlassen des Scopes.

auto session = std::make_unique<Session>(42, "admin");
manager.register_session(std::move(session)); // session ist danach nullptr

2. std::shared_ptr & std::weak_ptr

• std::shared_ptr teilt den Besitz mit mehreren Instanzen.
• std::weak_ptr beobachtet ein Objekt, ohne den Referenzzähler zu erhöhen.

std::shared_ptr<Document> doc = std::make_shared<Document>("MasterThesis");
std::weak_ptr<Document> observer = doc;

if (auto active_doc = observer.lock()) {
    std::cout << active_doc->get_title() << std::endl;
}

3. RAII Custom Deleter

auto raw_buffer = std::unique_ptr<uint8_t[], void(*)(uint8_t*)>(
    new uint8_t[1024],
    [](uint8_t* ptr) { delete[] ptr; }
);

---

🚀 Aufgaben in aufgabe.cpp

• TODO 1: create_unique_session(id, user) mit std::make_unique
• TODO 2: SessionManager mit Move-Semantik (std::move)
• TODO 3: SharedDocument & DocumentObserver mit std::weak_ptr
• TODO 4: ResourceTracker mit RAII-Zähler
• TODO 5: Custom Deleter für SafeBuffer