C++中的动态内存分配

1.Cpp中的内存分配

了解动态内存在C++中是如何工作的是成为一名合格的C++程序员必不可少的。C++程序中的内存分为两个部分：
- 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
- 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。
很多时候，在无法提前预知需要多少内存来存储某个定义变量中的特定信息，所需内存的大小需要在运行时才能确定。在C++中，可以使用特殊的运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，这会返回所分配的空间地址。这种运算符即new运算符。如果不再需要动态分配的内存空间，可以使用delete运算符，删除之前由new运算符分配的内存。

2.new和delete运算符

下面是使用new运算符来为任意的数据类型动态分配内存的通用语法：
```
    new 数据类型;
```
上面的数据类型可以是包括数组在内的任意内置的数据类型，也可以是包括类或结构在内的用户自定义的任何数据类型。先来看下内置的数据类型。例如，可以定义一个指向double类型的指针，然后请求内存，该内存在执行时被分配。可以按照下面的语句使用new运算符来完成这点：
```
    double *ptr = NULL;  // 初始化为null的指针ptr = new double;  // 为变量请求内存
```
如果自由存储区已被用完，可能无法成功分配内存。所以建议检查new运算符是否返回NULL指针，并采取以下适当的操作：
```
    double *ptr = NULL;if(!(ptr == new double){cout << "Error: out of memory.\n";exit(1);}
```
malloc()函数在C语言中就出现了，在C++中仍然存在，但建议尽量不要使用malloc()函数。new与malloc()函数相比，主要的优点是：new不只是分配了内存，还创建了对象!在任何时候，当觉得某个已经动态分配内存的变量不再需要使用时，可以使用delete操作符释放它所占用的内存，如下所示：
```
    delete ptr;  // 释放ptr所指向的内存
```

下面的实例使用了上面的概念，演示了如何使用new和delete的运算符

    #include "iostream"using namespace std;int main(){double *ptr = NULL;   // 初始化为null的指针ptr = new double;   // 为变量请求内存*ptr = 3.14;   // 在分配的地址存储值cout << "*ptr = " << *ptr << endl;delete ptr;   // 释放内存return 0;}

3.数组的动态内存分配

假设要为一个字符数组(一个有20个字符的字符串)分配内存，可以使用上面实例中的语法来为数组动态地分配内存，如下所示：
```
    char *ptr = NULL;   // 初始化为 null 的指针ptr = new char[20];  // 为变量请求内存
```

删除刚创建的数组，语句如下:

    delete [] ptr;     // 删除 pvalue 所指向的数组

下面是new操作符的通用语法，可以为多维数组分配内存，如下所示：

    // 一维数组如下int *array = new int [m];   // 动态分配,数组长度为 mdelete [] array;  //释放内存-------------------------------------------------------------------------------// 二维数组如下int **array;// 假定数组第一维长度为m， 第二维长度为n// 动态分配空间array = new int *[m];for(int i = 0; i < m; i++)array[i] = new int [n];// 释放for(int i = 0; i < m; i++)delete [] array[i];delete [] array;

二维数组实例测试

    // 二维数组int **p;int i, j;  // p[4][8]// 开始分配4行8列的二维数组数据p = new int *[4];for(i = 0; i < 4; i++)p[i] = new int [8];for(i = 0; i < 4; i++){for(j = 0; j < 8; j++)p[i][j] = j * i;}// 打印数据for(i = 0; i < 4; i++){for(j = 0; j < 8; j++){if(j == 0)cout << endl;cout << p[i][j] << "\t";}}cout << endl;// 开始释放申请的堆for(i = 0; i < 4; i++)delete [] p[i];delete p;cout << "-------------------------------\n";

三维数组测试实例

    // 三维数组int i1, j1, k1; //p[2][3][4]int ***pt;pt = new int **[2];for(i1 =0; i1 < 2; i1++){pt[i1] = new int *[3];for(j1 = 0;j1<3;j1++)pt[i1][j1] = new int[4];} // 输出pt[i][j][k]三维数据for(i1 = 0;i1 <2;i1++){for(j1=0;j1 <3;j1++){for(k1=0; k1 < 4; k1++){pt[i1][j1][k1] = i1 + j1 + k1;cout << pt[i1][j1][k1] << " ";}cout << endl;}cout << endl;}// 释放内存for(i1 = 0; i1 < 2; i1++){for(j1 = 0; j1 < 3; j1++)delete [] pt[i1][j1];}for(i1 = 0; i1 < 2; i1++)delete [] pt[i1];delete [] pt;cout << "-------------------------------\n";

4.对象的动态内存分配

对象与简单的数据类型没有什么不同，例如，请看下面的代码，将使用一个对象数组来理清这一概念,如果要为一个包含4个Box对象的数组分配内存，构造函数将被调用4次.同样地，当删除这些对象时，析构函数也将被调用相同的次数(4次)。
```
    // 对象的动态内存分配class Box{public:Box(){cout << "调用构造函数\n";}~Box(){cout << "调用析构函数\n";}};Box *boxarray = new Box[4];delete [] boxarray;  // 删除数组
```

5.动态内存分配中的细节知识点

delete与delete []区别
- 针对简单类型,使用new分配后的不管是数组还是非数组形式内存空间用两种方式均可,此种情况中的释放效果相同。原因在于:分配简单类型内存时，内存大小已经确定，系统可以记忆并且进行管理。在析构时，系统并不会调用析构函数，它直接通过指针可以获取实际分配的内存空间，哪怕是一个数组内存空间(在分配过程中系统会记录分配内存的大小等信息，此信息保存在结构体_CrtMemBlockHeader中，具体情况可参看VC安装目录下CRT\SRC\DBGDEL.cpp)。如：
```
    int *a = new int a[10];delete a;delete [] a;
```
- 针对类class，两种方式体现出具体差异
  - delete a: 仅释放了a指针指向的全部内存空间,但是只调用了a[0]对象的析构函数,剩下的从a[1]到a[9]这9个用户自行分配的m_buffer对应内存空间将不能释放,从而造成内存泄漏。
  - delete [] a: 调用使用类对象的析构函数释放用户自己分配内存空间并且释放了a指针指向的全部内存空间。
```
    class A{private:char *m_buffer;int m_len;public:A(){m_buffer = new char[m_len];}      ~A(){delete [] m_buffer;}};A *a = new A[10];delete a;delete [] a;
```
- 总结：如果ptr代表一个用new申请的内存返回的内存空间地址，即所谓的指针，则：
  - delete ptr: 代表用来释放内存，且只用来释放ptr指向的内存
  - delete [] ptr: 用来释放ptr指向的内存,还逐一调用数组中每个对象的destructor！！
  - 对于像int/char/long/int*/struct等简单数据类型，由于对象没有destructor，所以用delete和delete []是一样的！但是如果是C++对象数组就不同了！
new和malloc内部的实现方式上的区别
- new的功能是在堆区新建一个对象，并返回该对象的指针。所谓的新建对象的意思就是，将调用该类的构造函数，因为如果不构造的话，就不能称之为一个对象;而malloc只是机械的分配一块内存，如果用malloc在堆区创建一个对象的话，是不会调用构造函数的。严格来说，用malloc不能算是新建了一个对象，只能说是分配了一块与该类对象匹配的内存而已，然后强行把它解释为这是一个对象，按这个逻辑来，也不存在构造函数什么事。
- 用delete去释放一个堆区的对象，会调用该对象的析构函数;用free去释放一个堆区的对象，不会调用该对象的析构函数
```
    // new和malloc的区别class TEST{private:int num1;int num2;public:TEST(){num1 = 10;num2 = 20;}void Print(){cout << num1 << " " << num2 << endl;}};/*用malloc()函数在堆区分配一块内存空间，然后对该块内存空间进行强制类型(TEST*)转换解释为是一个TEST类对象，这不会调用TEST的默认构造函数*/TEST *t_obj1 = (TEST *)malloc(sizeof(TEST));t_obj1->Print();// 用new在堆区创建一个TEST类的对象，这会调用TEST类的默认构造函数TEST *t_obj2 = new TEST;t_obj2->Print();
```

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