每日一课——C++ 动态内存——高级教程

了解动态内存在 C++ 中是如何工做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：在函数内部声明的全部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。

不少时候，您没法提早预知须要多少内存来存储某个定义变量中的特定信息，所需内存的大小须要在运行时才能肯定。

常见的动态内存分配方式：

在 C++ 中，您能够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。

若是您再也不须要动态分配的内存空间，能够使用 delete 运算符，删除以前由 new 运算符分配的内存。

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 data-type;

在这里，data-type 能够是包括数组在内的任意内置的数据类型，也能够是包括类或结构在内的用户自定义的任何数据类型。让咱们先来看下内置的数据类型。例如，咱们能够定义一个指向 double 类型的指针，而后请求内存，该内存在执行时被分配。咱们能够按照下面的语句使用 new 运算符来完成这点：

double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;   // 为变量请求内存

若是自由存储区已被用完，可能没法成功分配内存。因此建议检查 new 运算符是否返回 NULL 指针，并采起如下适当的操做：

double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
   cout << "Error: out of memory." <<endl;
   exit(1);
 
}

malloc() 函数在 C 语言中就出现了，在 C++ 中仍然存在，但建议尽可能不要使用 malloc() 函数。new 与 malloc() 函数相比，其主要的优势是，new 不仅是分配了内存，它还建立了对象。

在任什么时候候，当您以为某个已经动态分配内存的变量再也不须要使用时，您能够使用 delete 操做符释放它所占用的内存，以下所示：

delete pvalue;        // 释放 pvalue 所指向的内存

下面的实例中使用了上面的概念，演示了如何使用 new 和 delete 运算符：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main ()
{
   double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
   pvalue  = new double;   // 为变量请求内存
 
   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址存储值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;
 
   delete pvalue;         // 释放内存
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of pvalue : 29495

malloc和free

1. 定位

    malloc为C语言stdlib.h库中的函数，能够用于动态申请空间，在申请空间以后不会对内存进行必要的初始化。

    C++能够兼容大部分C语言的内容，malloc/free这一申请/释放动态内存的方式在C++中用也是能够使用的。

2. 基本语法：

变量申请示例

char * buffer；
buffer = (char*)malloc(i + 1)

     用于以字节为单位进行内存分配，不具有内存初始化特性。返回指针的类型为void*，能够经过类型转换（如static_cast<type>、(type)等）转换为想要的类型。

数组的动态内存分配

假设咱们要为一个字符数组（一个有 20 个字符的字符串）分配内存，咱们能够使用上面实例中的语法来为数组动态地分配内存，以下所示：

char* pvalue  = NULL;   // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new char[20]; // 为变量请求内存

要删除咱们刚才建立的数组，语句以下：

delete [] pvalue;        // 删除 pvalue 所指向的数组
下面是 new 操做符的通用语法，能够为多维数组分配内存，以下所示：

一维数组

// 动态分配,数组长度为 m
int *array=new int [m]；
 
//释放内存
delete [] array;

二维数组

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 [] arrary[i];
}
delete [] array;

二维数组实例测试：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{
    int **p;  
    int i,j;   //p[4][8]
    //开始分配4行8列的二维数据  
    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";  
        }
    }  
    //开始释放申请的堆  
    for(i=0; i<4; i++){
        delete [] p[i];  
    }
    delete [] p;  
    return 0;
}

三维数组

int ***array;
// 假定数组第一维为 m， 第二维为 n， 第三维为h
// 动态分配空间
array = new int **[m];
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    array[i] = new int *[n];
    for( int j=0; j<n; j++ )
    {
        array[i][j] = new int [h];
    }
}
//释放
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    for( int j=0; j<n; j++ )
    {
        delete[] array[i][j];
    }
    delete[] array[i];
}
delete[] array;

三维数组测试实例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main()
{  
    int i,j,k;   // p[2][3][4]
 
    int ***p;
    p = new int **[2];
    for(i=0; i<2; i++)
    {
        p[i]=new int *[3];
        for(j=0; j<3; j++)
            p[i][j]=new int[4];
    }
 
    //输出 p[i][j][k] 三维数据
    for(i=0; i<2; i++)  
    {
        for(j=0; j<3; j++)  
        {
            for(k=0;k<4;k++)
            {
                p[i][j][k]=i+j+k;
                cout<<p[i][j][k]<<" ";
            }
            cout<<endl;
        }
        cout<<endl;
    }
 
    // 释放内存
    for(i=0; i<2; i++)
    {
        for(j=0; j<3; j++)
        {  
            delete [] p[i][j];  
        }  
    }      
    for(i=0; i<2; i++)  
    {      
        delete [] p[i];  
    }  
    delete [] p; 
    return 0;
}

对象的动态内存分配

对象与简单的数据类型没有什么不一样。例如，请看下面的代码，咱们将使用一个对象数组来理清这一律念：

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      Box() {
         cout << "调用构造函数！" <<endl;
      }
      ~Box() {
         cout << "调用析构函数！" <<endl;
      }
};
 
int main( )
{
   Box* myBoxArray = new Box[4];
 
   delete [] myBoxArray; // 删除数组
   return 0;
}

若是要为一个包含四个 Box 对象的数组分配内存，构造函数将被调用 4 次，一样地，当删除这些对象时，析构函数也将被调用相同的次数（4次）。

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

调用构造函数！
调用构造函数！
调用构造函数！
调用构造函数！
调用析构函数！
调用析构函数！
调用析构函数！
调用析构函数！

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