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C++ new和delete(C++动态分配和释放内存)

数组的长度是预先定义好的,在整个程序中固定不变。C++ 不允许定义元素个数不确定的数组。例如:
int n;
int a[n];  //这种定义是不允许的
但是在实际的编程中,往往会出现所需的内存空间大小取决于实际要处理的数据多少,而实际要处理的数据数量在编程时无法确定的情况。如果总是定义一个尽可能大的数组,又会造成空间浪费。何况,这个“尽可能大”到底应该多大才够呢?

为了解决上述问题,C++ 提供了一种“动态内存分配”机制,使得程序可以在运行期间,根据实际需要,要求操作系统临时分配一片内存空间用于存放数据。此种内存分配是在程序运行中进行的,而不是在编译时就确定的,因此称为“动态内存分配”。

在 C++ 中,通过 new 运算符来实现动态内存分配。new 运算符的第一种用法如下:

T *p = new T;

其中,T 是任意类型名,p 是类型为 T* 的指针

这样的语句会动态分配出一片大小为 sizeof(T) 字节的内存空间,并且将该内存空间的起始地址赋值给 p。例如:
int* p;
p = new int;
*p = 5;
第二行动态分配了一片 4 个字节大小的内存空间,而 p 指向这片空间。通过 p 可以读写该内存空间。

new 运算符还有第二种用法,用来动态分配一个任意大小的数组:

T *p =new T[N];

其中,T 是任意类型名,p 是类型为 T* 的指针,N 代表“元素个数”,可以是任何值为正整数的表达式,表达式中可以包含变量、函数调用等。这样的语句动态分配出 N × sizeof(T) 个字节的内存空间,这片空间的起始地址被赋值给 p。例如:
int* pn;
int i = 5 ;
pn = new int[i*20];
pn[0] = 20 ;
pn[100] = 30;
最后一行编译时没有问题,但运行时会导致数组越界。因为上面动态分配的数组只有 100 个元素,pn[100] 已经不在动态分配的这片内存区域之内了。

如果要求分配的空间太大,操作系统找不到足够的内存来满足,那么动态内存分配就会失败,此时程序会拋出异常。关于这一点,将在后续章节中介绍。

程序从操作系统动态分配所得的内存空间在使用完后应该释放,交还操作系统,以便操作系统将这片内存空间分配给其他程序使用。C++ 提供 delete 运算符,用以释放动态分配的内存空间。delete 运算符的基本用法如下:

delete p;

p 是指向动态分配的内存的指针。p 必须指向动态分配的内存空间,否则运行时很可能会出错。例如:
int* p = new int;
*p = 5;
delete p;
delete p;  //本句会导致程序出错
上面的第一条 delete 语句正确地释放了动态分配的 4 个字节内存空间。第二条 delete 语句会导致程序出错,因为 p 所指向的空间已经释放,p 不再是指向动态分配的内存空间的指针了。

如果是用 new 的第二种用法分配的内存空间,即动态分配了一个数组,那么释放该数组时,应以如下形式使用 delete 运算符:

delete[] p;

p 依然是指向动态分配的内存的指针。例如:
int* p = new int[20];
p[0] = 1;
delete[] p;
同样地,要求被释放的指针 p 必须是指向动态分配的内存空间的指针,否则会出错。

如果动态分配了一个数组,但是却用delete p的方式释放,没有用[],则编译时没有问题,运行时也一般不会发生错误,但实际上会导致动态分配的数组没有被完全释放。

牢记,用 new 运算符动态分配的内存空间,一定要用 delete 运算符释放。否则,即便程序运行结束,这部分内存空间仍然不会被操作系统收回,从而成为被白白浪费掉的内存垃圾。这种现象也称为“内存泄露”。

如果一个程序不停地进行动态内存分配而总是没有释放,那么可用内存就会被该程序大量消耗,即便该程序结束也不能恢复。这就会导致操作系统运行速度变慢,甚至无法再启动新的程序。但是,只要重新启动计算机,这种情况就会消失。

编程时如果进行了动态内存分配,那么一定要确保其后的每一条执行路径都能释放它。

另外还要注意,释放一个指针,并不会使该指针的值变为 NULL。

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