1? 引言

在程序執(zhí)行時(shí)，訪問內(nèi)存是必需的，總的來說在 C ++ 語言中，內(nèi)存分配有下述二種力一式：

在靜態(tài)存儲區(qū)中分配，也稱靜態(tài)內(nèi)存分配在這種分配方式中，內(nèi)存在程序編譯時(shí)就己經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期問都存在。全局變量、 static 變量占用的內(nèi)存在靜態(tài)存儲區(qū)中，這此變量我們稱之為靜態(tài)對象。

在棧中分配，也稱局部內(nèi)存分配。函數(shù)內(nèi)的局部變量、函數(shù)的形式參數(shù)、函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后返回的地址等都是在棧中分配內(nèi)存，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，這此內(nèi)存單元通過執(zhí)行出棧指令釋放。棧內(nèi)存分配和釋放指令內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高。在棧中分配的對象，我們稱之為局部對象。不過，局部對象的內(nèi)存分配和回收不用程序管，在程序執(zhí)行時(shí)由執(zhí)行系統(tǒng)動態(tài)進(jìn)行。

在堆中分配，也稱動態(tài)內(nèi)存分配程序在運(yùn)行的時(shí)候用操作符 new 申請長度任意的內(nèi)存，不再需要時(shí)用操作符 delete 釋放內(nèi)存。在堆中分配的對象，我們稱為動態(tài)對象。

在棧上創(chuàng)建對象既方便又理想，但更一般的情況是，在程序執(zhí)行的任何時(shí)候，需要根據(jù)來自程序外部的信息創(chuàng)建對象和銷毀對象，這就需要對內(nèi)存進(jìn)行動態(tài)分配和回收，而且這部分工作必須由程序來管，所以也是 C++ 內(nèi)存分配和回收的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面討論在 C ++ 程序設(shè)計(jì)中進(jìn)行內(nèi)存動態(tài)分配和回收的方法及存在的問題和解決方法。

2?? 數(shù)組對象的動態(tài)分配和回收

在 C ++ 程序中，數(shù)組的內(nèi)存分配有兩種，靜態(tài)分配和動態(tài)分配。在編譯時(shí)進(jìn)行的分配我們稱為靜態(tài)分配，在執(zhí)行時(shí)進(jìn)行的分配我們稱為動態(tài)分配。對于一般的程序設(shè)計(jì)者，習(xí)慣更多地使用靜態(tài)數(shù)組。然血靜態(tài)數(shù)組的長度在編譯時(shí)就確定了，有時(shí)不能滿足應(yīng)用的需要，更一般的情況是，數(shù)組的長度在程序執(zhí)行時(shí)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)才能確定，如求 n 個(gè)整數(shù)的最大數(shù)， n 的值從鍵盤接收，此時(shí)，存放 n 個(gè)整數(shù)的數(shù)組必須在執(zhí)行時(shí)用 new 操作符動態(tài)創(chuàng)建。完整的例程如下：

#include <iostream.h>

voidmain()

{cout<<"Please input a integer to n:";

cin>>n;

int *p=new int[n];

// 為長度為 n 的值確定的動態(tài)一維數(shù)組分配內(nèi)存

max=a[0];

for (int i=1;i<n;i++)

if (a[i]>a[0])a[0]=a[i];

cout<<"The max value is:"+a[0];

delete[] p;// 動態(tài)刪除數(shù)組 i. 用的主存空間

}

如果我們使用靜態(tài)數(shù)組來存放 n 個(gè)數(shù)據(jù)，假定在源程序中符號常量 n 初始化為 100 ，那么程序只能處理 100 個(gè)數(shù)據(jù)以內(nèi)的整數(shù)，可見程序的使用范圍小，也可以說程序執(zhí)行時(shí)的靈活性小。從上述例子中我們可以看出使用動態(tài)數(shù)組的好處，即程序能處理任意個(gè)同類型的數(shù)據(jù)，只要主存空間不受限制。

在使用動態(tài)數(shù)組時(shí)必須特別注意，當(dāng)數(shù)組不再使用，應(yīng)該用 delete[] 操作符及時(shí)刪除，使得其占用過的內(nèi)存能再次利用，否則，隨著系統(tǒng)不斷動態(tài)分配內(nèi)存，可用的主存空間會越來越小，甚至?xí)谋M。

相對一維數(shù)組的動態(tài)分配形式，多維數(shù)組的動態(tài)分配形式相對復(fù)雜，且初學(xué)者使用時(shí)非常容易出錯(cuò)。下面描述了二個(gè)多維數(shù)組的動態(tài)分配形式。

char **p1=new char[3][n];

double ***p2=new double[4][m][n];

// 動態(tài)創(chuàng)建 2 維、 3 維數(shù)組 ,m,n 可以是常量或變量

在創(chuàng)建多維數(shù)組時(shí)，必須十分注意指針 p1 和 p2 的類型，稍不注意，會將 p1 和 p2 聲明為 char *pl 和 double *p2 ，導(dǎo)致編譯時(shí)產(chǎn)生和類型有關(guān)的錯(cuò)誤。另外，創(chuàng)建多維數(shù)組的第一維的大小必須由常量指定。

關(guān)于多維數(shù)組的回收和一維數(shù)組形式一致，下面的兩種形式表示刪除上述創(chuàng)建的二維和二維數(shù)組。

(1 ) delete p1 [];

(2) delete p2[];

3??? 一般對象的動態(tài)分配和回收

非數(shù)組對象 ( 一般對象 ) 的動態(tài)分配和回收相對于數(shù)組對象的創(chuàng)建和回收，要簡單此。

?????? 3.1??? 一般對象的動態(tài)分配和回收

C ++ 語言中用 new 操作符為一般對象動態(tài)分配內(nèi)存。為能夠在程序中存取 new 所創(chuàng)建的對象，必須使一個(gè)指針指向所創(chuàng)建的對象。例如，下述程序段創(chuàng)建一個(gè)初值為 (5,5) 的的屏幕上的點(diǎn)類 point 的對象，指向該對象的指針仇被賦給了指針對象 ptr ：

class point// 屏一 SIT 上的點(diǎn)類

{

x,y;

public:

point(int x1=0, int y1=0){x=x1 ;y=y1;}

int getx(){returnx;}

int gety(){returny;}

};

voidmain()

{point *ptr=newpoint(5,5);

// 創(chuàng)建 point 類型的對象，初始值為 (5,5)

Cout<<"x="<<pt->getx()+'\t'<<'y='<<pt->gety()+endl;

……

delete p;

常量對象的生存期也用 delete 來結(jié)束，如上面的一行語句。與創(chuàng)建的非常量對象不完全相同，創(chuàng)建的 const 對象有一些特殊的屬性。首先， const 對象必須被初始化，如果省略了括號中的初始值，就會產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤。第二，用 new 表達(dá)式返回的值作為初始值的指針必須是一個(gè)指向 const 類型的指針。此外，我們不能創(chuàng)建元素類型為基木數(shù)據(jù)類型的 const 數(shù)組，因?yàn)?/span> const 數(shù)組不能被初始化，如象下而那樣聲明 const 數(shù)組會導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤：

const int *pt=new const int[10];

??????? 3.3?? 定位 new 表達(dá)式

new 表達(dá)式還允許將對象創(chuàng)建在己被分配好的內(nèi)存中。這種形式的 new 表達(dá)式被稱為定位 new 表達(dá)式，其一般形式為：

new (place_ address) type

其中 place_ address 是個(gè)指針表達(dá)式， I(IJ type 是個(gè)類型表達(dá)式。必須注意，為了使用這種形式的二 w 表達(dá)式，我們必須包含頭文件 <new> 。這個(gè)功能允許程序員預(yù)分配大量的內(nèi)存供以后通過這種形式的 new 表達(dá)創(chuàng)建對象。請看下面的例子：

#include <iostream>

#include <new>

using namespace std;

const int num = 10;

class block

{

int val;

public:

int block(int a=0){val=a;}

int getval(){ return val;}

};

char 'buf=new char[sizeof(block)'num];

// 預(yù)分配內(nèi)存，但沒有 block 對象

voidmain()

{block 'p=new (buf) block;

if (p->getval() == 0)// 檢查一個(gè) block 對象是否被放在 buf 中

cout<<"new expression worked!"+endl;

delete[] buf;// 刪除 buf 指 I}}J 的字符緩沖，之后不能再訪

不存在與定位 new 表達(dá)式相匹配的 delete 表達(dá)式。其實(shí)我們并不需要這樣的 delete 表達(dá)式，因?yàn)槎ㄎ?/span> new 表達(dá)式并不分配內(nèi)存。在上面的例了中，我們刪除的不是 p 指向的內(nèi)存，而是 buf 指向的內(nèi)存。當(dāng)程序不再需要字符緩沖時(shí)， buf 指向的內(nèi)存被刪除，此時(shí)字符緩沖中的任何對象的生命期都結(jié)束了，在上面的例了中， p 就不再指向一個(gè)有效的 block 類的對象了。

4 使用動態(tài)內(nèi)存常見的問題與對策

和 C 語言提供的動態(tài)內(nèi)存分配和回收方法相比， new 和 delete 比 C 語言的 malloc() 和 free() 函數(shù)使用起來更加方便和安全，但同時(shí)也增加了各種錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)會，我們總結(jié)了如下幾個(gè)方面的錯(cuò)誤。

?????? 4.l? 未使用相同形式的 new 和 delete

首先我們來看下面的語句序列 :

int *pt=new int[30];

……

delete pt;

這兩條語句看似沒有問題，而且編譯器也不會給出錯(cuò)誤或警告信息，其實(shí)己經(jīng)發(fā)生了內(nèi)存泄漏。因?yàn)?/span> 30 個(gè)整型對象有 29 個(gè)都未被釋放內(nèi)存空問，上述代碼表示釋放了數(shù)組的第一個(gè)元素對象。為什么會這樣呢，因?yàn)樵谑褂?/span> delete 表達(dá)式時(shí)，編譯器不知道即將被刪除的指針指向的是單一對象或數(shù)組對象，它只會根據(jù) delete 的使用形式來判斷，帶了下標(biāo)符“ [] ”的則認(rèn)為是刪除數(shù)組對象，否則就認(rèn)為是刪除單一對象。因此，解決該問題的方法很簡單，當(dāng)使用 new 時(shí)帶了下標(biāo)符“ [] ”，使用 delete 時(shí)也應(yīng)帶 [] ；當(dāng)你使用 new 時(shí)未帶“ [] ”，使用 delete 時(shí)也不應(yīng)帶“ [] ”。

??????? 4.2? 內(nèi)存不足的問題

如果 new 操作找不到足夠大的內(nèi)存塊，則引發(fā) bad_alloc 標(biāo)準(zhǔn)類型的異常，為了提高程序的可靠性，程序中必須能捕獲這種內(nèi)存分配失敗引發(fā)的異常，這是一般程序員容易忽視的問題。不過因?yàn)楫惓Ｌ幚韴?zhí)行效率不高，所以可用下述方法使 new 操作返回一個(gè) NULL 而不拋出一個(gè)異常。例如程序段：

B*p=new (nothrow) B;/* 對象 nothrow 是在 new 中定義的常量，

指出如果 new 操作失敗則返回 NULL 而不產(chǎn)生異常 */

if (!p){cout<<"allocation failure"<<endl;return;}

4.3? 內(nèi)存被釋放后使用指針的問題

指向并不存在的內(nèi)存的指針，我們稱之為“野指針”。例如程序段 :

char *p=new char[6];

strcpy(p,"hello");

delete[] p;// 此時(shí) p 成了野指針

……

if (p) strcpy(p,"world");// 執(zhí)行時(shí)出錯(cuò)

……

為了能有效解決上述問題，一個(gè)簡單的辦法就是在內(nèi)存釋放后，將指針賦值為 VULI 。如 :

delete[] p;

p=N ULL;

4.4 沒有和構(gòu)造函數(shù)配對的析構(gòu)函數(shù)

如果在一個(gè)類對象在創(chuàng)建時(shí)要動態(tài)分配內(nèi)存，就會在構(gòu)造

函數(shù)中用 new 分配。例如 :

class array

{int *p;

public:

array(int i){p=new int[i];}...

};

很明顯，在構(gòu)造函數(shù)中為 array 類對象分配的內(nèi)存一直不能被釋放，隨著對象的多次產(chǎn)生，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)存泄漏問題。解決辦法是為這種類增加這樣一個(gè)析構(gòu)函數(shù) :array ::array{delete [] p;} 。

5 ? 結(jié)束語

在 C ++ 程序設(shè)計(jì)中，會經(jīng)常進(jìn)行內(nèi)存的動態(tài)分配和回收。木文對 C++ 的動態(tài)內(nèi)存技術(shù)進(jìn)行了討論，并對常見問題提出了可行的解決方法。其實(shí)，用好 new 和 delete 是一門技術(shù)，它能減少程序中與使用指針有關(guān)的運(yùn)行錯(cuò)誤，從而減輕調(diào)試程序的難度，另外它還能提高程序的可靠性（健壯性）。