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C++ 动态内存

news 2025/6/28 20:54:57

C++ 程序中的内存分为栈和堆两个部分：

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。

堆与栈的详细请参考：一文读懂堆与栈的区别_堆和栈的区别_恋喵大鲤鱼的博客-CSDN博客

由于很多时候无法提前预知存储某个定义变量中的特定信息需要多少内存，所需内存的大小需要在运行时才能确定。因此，在 C++ 中可以使用 new 运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，并返回所分配空间的地址。当不再需要动态分配的内存空间时，使用 delete 运算符释放之前由 new 运算符分配的内存。

new 和 delete 运算符

使用 new 运算符动态分配任意数据类型内存的通用语法：

new Data_Type;

Data_Type 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自定义的任何数据类型。例如，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：

double* pvalue = NULL;   // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;    // 为变量请求内存
//也可以直接分配并赋值给指针：double* pvalue = new double;

当不再需要已经动态分配内存的变量时，使用 delete 操作符释放它所占用的内存（注意：pvalue指针变量本身并没有被销毁，销毁的是它指向的变量），如下所示：

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：

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

演示使用 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 = 10086.11;         // 在分配的地址存储值cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;delete pvalue;              // 释放内存return 0;
}

执行结果如下：

Value of pvalue :10086.1

malloc() 函数在 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。

数组的动态内存分配

一维数组

假设为一个能存储 20 个字符的一维数组动态分配内存，如下所示：

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

删除创建的数组，语句如下：

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

二维数组

例如，下面是一个二维数组a[3][4]，包含 3 行和 4 列：

二维数组array[m][n]:

/* 假定数组array[m][n]第一维长度(行)为 m，第二维长度(列)为 n */
int** array;               // 声明一个指向int类型指针的指针
array = new int *[m];      // 分配m个存储int*类型的空间，array指向第一个存储int*的地址/* 为每一行分配空间 */
for( int i=0; i<m; i++ )   
{array[i] = new int [n];
}/* 释放每一行 */
for( int i=0; i<m; i++ )
{delete [] array[i];
}delete [] array;

实例：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int **a;int i,j;a = new int *[4];for(i=0;i<4;i++){a[i]=new int [8];}for(i=0;i<4;i++)   // 初始化数组{for(j=0;j<8;j++){a[i][j]=((i+1)*(j+1));}}for(i=0;i<4;i++)   // 打印数组数据{for(j=0;j<8;j++){			cout<<a[i][j]<<"\t";if((j==7)&&(i!=3))   // 每行8个，再换行cout<<endl; }}for(i=0;i<4;i++)   // 释放分配的内存{delete [] a[i];}delete [] a;return 0;
}

执行结果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8
2 4 6 8 10 12 14 16
3 6 9 12 15 18 21 24
4 8 12 16 20 24 28 32

三维数组

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

实例：

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

执行结果如下：

0 1 2 3
1 2 3 4
2 3 4 5

1 2 3 4
2 3 4 5
3 4 5 6

补充：由于对象没有析构函数(destructor)，“ delete [] p ”和 “ delete p ” 对于像 int/char/long/int*/struct 等简单数据类型的释放没有太大区别。但对于C++ 对象数组，就不同了：

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，其他分配的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，并释放了a指针指向的全部内存空间。

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，如下所示，为一个包含3个 Box 对象的数组分配内存，构造函数将被调用 4 次。当删除这些对象时，析构函数也将被调用相同的次数：

#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* BoxArray = new Box[3];delete [] BoxArray;return 0;
}

执行结果如下：

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！

new 和 malloc 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。 "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。

malloc 只是机械的分配一块内存，用 mallco 在堆区创建一个对象不会调用构造函数。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”，因此，也不存在调用构造函数的说法。

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。

实例:

#include <iostream>
#include <malloc.h> // 需要用到malloc()函数using namespace std;class Test
{
private:int num1;int num2;
public:Test(){num1 = 10;num2 = 20;}		void Print(){cout<<num1<<"\t" <<num2<<endl;		}
};int main()
{/****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，但不会调用Test的默认构造函数	  */ Test* pObject1 = (Test*)malloc(sizeof(Test));pObject1->Print();/* 用new在堆区创建一个Test类的对象，会调用Test类的默认构造函数 */Test* pObject2 = new Test;pObject2->Print();return 0;
}

由于pObject1没有调用Test类的默认构造函数，所以在pObject1所指的对象中，num1与num2都是malloc()分配地址上原有的垃圾值，并非是由构造函数定义的初始值(10 or 20)。而pObject2所指的对象中，num1与num2显然是经过了构造后的值，执行结果如下：