文档介绍：动态内存分配
本章首先介绍程序运行时动态内存分配(dynamic memory allocation)的概念与方法。到目前为止,本教材介绍的程序设计中,变量和对象在内存中的分配都是编译器在编译程序时安排好了的,这带来了极大的不便,如数组必须大开小用,指针必须指向一个已经存在的变量或对象。动态内存分配解决了这个问题。本章将进一步讨论拷贝构造函数;还要学习更多有关数据结构的基本知识,包括栈,队,二叉树等的基本算法和应用。模板是标准C++实现代码复用的有力工具,特别是有关数据结构的算法。本章继续使用模板介绍算法。
堆内存分配
C/C++定义了4个内存区间:代码区,存放程序代码;全局变量与静态变量区,存放全局变量或对象(包括静态);局部变量区即栈(stack)区,存放局部变量;动态存储区,即堆(heap)区或自由存储区(free store)。
通常定义变量(或对象),无论是局部变量(对象)或全局变量(对象),也无论它是什么类型,编译器在编译时都可以根据该变量(或对象)的类型知道所需内存空间的大小,从而系统在适当的时候为他们分配确定的存储空间。全局变量在程序开始运行前在全局区分配。局部变量在程序运行到该局部域时在栈区分配,但怎样分配是在编译时就已经确定。尤其是数组,在第六章中介绍的表的基本操作和查找与排序算法,都为数组开了100个元素。如果使用50个,则浪费50个;如果使用150个,则后50个元素就占用了分配给其他变量的内存,造成严重的错误,系统还不知道,编译器也不会报错(不对数组边界做检查),只可能在运行时报“执行非法操作,程序将关闭”。这种内存分配称为静态存储分配(static memory allocation)。
有些操作对象只有在程序运行时才能确定,这样编译器在编译时就无法为他们预定存储空间,只能在程序运行时,系统根据运行时的要求进行内存分配,这种方法称为动态存储分配。系统在内存安排了一个自由存储区(free store)即堆(heap),所有动态存储分配都在这个堆区中进行。
当程序运行到一个需要动态分配的变量或对象时,必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存储空间,用于存储该变量或对象。当不再使用该变量或对象时,也就是它的生命结束时,要显式释放它所占用的存储空间,这样系统就能对该堆空间进行再次分配,做到重复使用有限的资源。
在C++中,申请和释放堆中分配的存储空间,分别使用new和delete的两个运算符来完成,其使用的格式如下:
指针变量名=new 类型名(初始化式);
delete 指针名;
new运算符返回的是一个指向所分配类型变量(对象)的指针。对所创建的变量或对象,都是通过该指针来间接操作的,而
动态创建的对象本身没有名字。一般定义变量和对象时要用标识符命名,称命名对象,而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别,两者完全不同:生命期不同,操作方法不同,临时变量对程序员是透明的)。堆区是不会自动在分配时做初始化的(包括清零),所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。new表达式的操作序列如下:从堆区分配对象,然后用括号中的值初始化该对象。从堆区分配对象时,new表达式调用库操作符new()。例如:
int *pi=new int(0);
它与下列代码序列大体等价:
int ival=0;
int *pi=&ival;
只是pi现在所指向的变量是由库操作符new()分配的,位于程序的堆区中,并且该对象未命名。本例给出了怎样为一个指针创建一个对象的过程。当pi生命周期结束时,必须释放pi所指向的目标:
delete pi;
注意这时释放了pi所指的目标的内存空间,也就是撤销了该目标,称动态内存释放(dynamic memory deallocation),但指针pi本身并没有撤销,它自己仍然存在,该指针所占内存空间并未释放。
对于数组进行动态分配和撤销的格式为:
指针变量名=new 类型名[下标表达式];
delete [ ] 指向该数组的指针变量名;
两式中的方括号是非常重要的,两者必须配对使用,如果delete语句中少了方括号,因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的指针,会产生回收不彻底的问题(只回收了第一个元素所占空间),加了方括号后就转化为指向数组的指针,回收整个数组。delete [ ]的方括号中不需要填数组元素数,系统自知。即使写了,编译器也忽略。
请注意“下标表达式”不是常量表达式,即它的值不必在编译时确定,可以在运行时确定,请看下例。
【】动态数组的建立与撤销。
#include <>
#include <>
void main