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,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。

new

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。

new data-type;

在这里,data-type 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。让我们先来看下内置的数据类型。例如,我们可以定义一个指向 double 类型的指针,然后请求内存,该内存在执行时被分配。我们可以按照下面的语句使用 new 运算符来完成这点:

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double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue = new double; // 为变量请求内存
delete pvalue; //// 释放 pvalue 所指向的内存

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:

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

new vs malloc()

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,其主要的优点是,new 不只是分配了内存,它还创建了对象

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。

严格说来用 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。

同样的,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。

做个简单的实验即可明了:

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#include <iostream>
#include <malloc.h>

class TEST {
private:
int num1;
int num2;
public:
TEST() { //构造函数
num1 = 10;
num2 = 20;
}
void Print() {
std::cout << num1 << " " << num2 << std::endl;
}
};

int main(void) {
// 用malloc()函数在堆区分配一块内存空间,然后用强制类型转换将该块内存空间
// 解释为是一个TEST类对象,这不会调用TEST的默认构造函数
TEST * pObj1 = (TEST *)malloc(sizeof(TEST));
pObj1->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 * pObj2 = new TEST;
pObj2->Print();
return 0;
}
/*
运行结果:
-----------------------------
-842150451 -842150451 |
10 20 |
-----------------------------
我们可以看到pObj1所指的对象中,字段num1与num2都是垃圾值
而pObj2所指的对象中,字段num1与num2显然是经过了构造后的值
*/

delete

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:

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#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; // 释放所pvalue指向的内存
return 0;
}

数组的动态内存分配

假设我们要为一个字符数组(一个有 20 个字符的字符串)分配内存,我们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:

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

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

for( int i=0; i<m; i++ ) { //释放
delete [] arrar[i];
}
delete [] array;

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,我们将使用一个对象数组来理清这一概念:

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#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;
}
--------
ouput:
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!

如果要为一个包含四个 Box 对象的数组分配内存,构造函数将被调用 4 次,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)。

delete 与 delete[] 区别

a. 简单类型

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 如:

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int *a = new int[10];   
delete a;
delete [] a;

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。

b. 针对类Class

两种方式体现出具体差异。当你通过下列方式分配一个类对象数组:

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class A {
private:
char *m_cBuffer;
int m_nLen;
public:
A(){ m_cBuffer = new char[m_nLen]; }
~A() { delete [] m_cBuffer; }
};
A *a = new A[10];

// 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_cBuffer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
delete [] a;

所以总结下就是,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,那么:

  • 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!