[C++基礎]C++記憶體配置那些事

文章目錄

• 動態申請記憶體操作符 new
• 釋放記憶體操作符delete
• 保持平衡

動靜態記憶體配置

靜態記憶體配置：編譯器在處理常式原始碼時（即編譯時間）分配。

動態記憶體分配：程式執行時調用運行時刻庫函數來分配。

靜態與動態記憶體分配的兩個主要區別：

• 靜態對象是有名字的變數，我們直接對其進行操作。而動態對象是沒有名字的變數，我們通過指標間接地對它進行操作。 
• 靜態對象的分配與釋放由編譯器自動處理。程式員需要理解這一點，但不需要做任何事情。相反，動態對象地分配與釋放，必須由程式員顯示地管理，相對來說比較容易出錯 。

new/delete

在C語言中進行記憶體的動態分配與釋放，我們使用malloc()和free()函數。C++中不再使用C語言中的malloc()和free()函數進行記憶體的動態分配與釋放。因為，malloc()函數在運行時從自由記憶體中分配儲存單元。在C++中建立對象時會發生兩件事情：(1)為對象分配記憶體；(2)調用建構函式來初始化那個記憶體。而建構函式不允許向它傳遞記憶體位址來進行初始化。

在C++中使用new和delete來進行記憶體的動態分配與釋放。new會觸發類對象的建構函式，delete會觸發類對象的解構函式。

動態申請記憶體操作符 new

文法格式：類型名T *指標變數名P = new  類型名T(初值列表);

功能：在程式執行期間，申請用於存放T類型對象的連續的、未命名的記憶體空間，並依初值列表賦以初值。

結果值：成功：T類型的指標，指向新分配的記憶體。失敗：0（NULL）

new運算子是一個一元運算子。它隱含地產生一個函數來調用函數operator new()，從這個函數返回被分配記憶體對象的指標。 

在new運算式中，可以在類型名後使用空圓括弧：new 資料類型T()；功能：將初始化為資料類型T的預設值。 若new 資料類型T，沒有在T後加()，則表明沒有初始化資料類型T的預設值

new 資料類型T;與new 資料類型T();的區別

eg:int *ptrInt1 = new int;   // Value is unknown

     int *ptrInt1 = new int(); // Value is zero

說明：第一種情況下，在空閑儲存區中建立了一個int類型對象，但其值未知。在第二種情況下，在空閑儲存區中建立了一個int類型對象並初始化為int在全域範圍中的值（預設值）。而所有的全域基本類型在預設情況下的 初始值為0，故第二種情況在建立了對象後將其值初始化為0。

釋放記憶體操作符delete

文法格式：delete 指標變數名P；delete [ ]  指標變數名P；

功能：釋放指標P所指向的記憶體。P必須是new操作的傳回值。delete運算式首先調用解構函式，然後釋放記憶體（經常調用free( )）。若正在刪除的指標是0，則將不發生任何事情，是安全的。故開發人員經常在刪除指標後立即把指標賦值為0以免對它刪除兩次（對一個對象刪除兩次可能會產生某些問題）。

eg:delete pi;注意這時釋放了pi所指的目標的記憶體空間，也就是撤銷了該目標，稱動態記憶體釋放（dynamic memory
deallocation），但指標pi本身並沒有撤銷，該指標所佔記憶體空間並未釋放。 刪除一個指標p（delete p;）實際意思是刪除了p所指的目標（變數或對象等），釋放了它所佔的自由儲存區空間，而不是刪除ｐ本身，ｐ成了空懸指標。空懸指標是程式錯誤的一個根源）。建議這時將ｐ置空（NULL）。

如何釋放單個對象的空閑空間

文法格式：delete 指標變數名P；指標變數名P = NULL;

功能：釋放指標P所指向的記憶體。P必須是new操作的傳回值。

刪除基於0的指標（null 指標）總是一種安全的操作。 

如何為對象數組分配空閑空間

文法格式：資料類型T *指標變數名P = new 資料類型T[元素個數];

功能：在空閑空間指派至數組，指標P指向數組的第一個元素。如果在方括弧中的運算式的值為0，則就會分配沒有元素的數組，new運算式返回的指標是非0值，並且與其他指向任何對象的指標都不同。如果這個值在運行期間被確定是無效的，則結果不可預知。

保持平衡

涉及到new以及delete的主要規則相當簡單，使用delete來平衡每一個new。如果在new語句中使用了方括弧（即分配了對象數組），必須在delete後使用方括弧。無論何時使用new，一定要確保使用正確的delete格式。

淺拷貝與深拷貝

淺拷貝：實現對象間資料元素的一一對應複製。

深拷貝：當被複製的對象資料成員是指標類型時，不是複製該指標成員本身，而是將指標所指的對象進行複製。

深拷貝執行個體

// test.cpp : 定義控制台應用程式的進入點。 #include "stdafx.h"#include <iostream>using namespace std;// string類，深度複製執行個體class student{char *pName; //為了示範深複製，不用string類public:student(); //預設建構函式student(char *pname); //帶參數建構函式student(student &s); //複製(拷貝)建構函式~student(); //解構函式student & operator=(student &s); //複製賦值操作符}; student::student(){cout<<"Constructor";pName=NULL;cout<<"預設"<<endl;}student::student(char *pname){cout<<"Constructor";if(pName=new char[strlen(pname)+1])strcpy(pName,pname);cout<<pName<<endl;}student::~student(){cout<<"Destructor"<<pName<<endl;// if(pName) // pName[0]='\0';//===>>*pName='\0';//間接的把不是指標的變數置為空白('')。當然，此處沒必要也不需要判斷來間接設定其指向的變數為空白delete[] pName;//釋放字串} student::student(student &s){cout<<"Copy Constructor";if(s.pName){if(pName=new char[strlen(s.pName)+1])strcpy(pName,s.pName);}else pName=NULL;cout<<pName<<endl;}student & student::operator=(student &s){cout<<"Copy Assign operator";delete[] pName;//如原來已指派，應先撤銷，再重分配。先刪除自己分配的空間if(s.pName)//否則會發生記憶體流失{ if(pName=new char[strlen(s.pName)+1])strcpy(pName,s.pName);}else pName=NULL;cout<<pName<<endl;return *this;//this是一個指標,它的範圍在類的內部。而函數返回的是對象，所以 return *this；}int main(void){student s1("範英明"),s2("沈俊"),s3;student s4=s1;s3=s2;return 0;//加斷點調試，你回傳現堆變數刪除釋放(由系統自動釋放)的順序與其建立的順序相同。}void test(){int val=66;int *pval = &val;int **ppval = &pval;cout<<"val="<<val<<'\n'<<"**ppval="<<**ppval<<'\n';//輸出: 66 66**ppval=18;cout<<"val="<<val<<'\n'<<"**ppval="<<**ppval<<endl; //輸出: 18 18}

對象成員的另一種訪問方式

指 針，聲明形式：類名  *對象指標名；eg：

Point A(5, 10);

Piont *ptr = NULL;

ptr = &A;

通過指標訪問對象成員,對象指標名->成員名,ptr->getx()  相當於  (*ptr).getx();

指標與引用的優劣

1. 指標是個變數，可以把它再賦值成其它的地址（水性楊花） 。然而建立引用時必須進行初始化並且決不會再指向其他不同的變數（從一而終） 。
2. 有null 指標，無Null 參考。
3. 由於指標也是變數，所以可以有指標變數的引用。eg：int * a = NULL;  int * & p = a;// (表示 int * 的引用p 初始化為 a)  int   b = 5;  p = &b ; // p 是a 的一個別名，是一個指標
4. 引用本身不是一種資料類型，所以沒有引用的引用，也沒有引用的指標。eg:int  a;  int   & r = a;   // (表示  int  * 的引用p 初始化為 a)  int  & * p = & r ;   //  錯， 企圖定義一個引用的指標由於指標也是變數，所以可以有指標變數的引用 
5. 使用引用和指標都可以使函數返回多個值。
6. 在參數傳遞方面：引用比指標直觀，可讀性強，盡量使用引用代替指標，以下兩條除外。a,如果必須傳遞數組，使用指標加元素個數。b,如果參數可能無效（null），使用指標，並判斷（p == null）。如果輸入參數以值傳遞的方式傳遞對象，則宜改用“const &”方式來傳遞，這樣可以省去臨時對象的構造和析構過程，從而提高效率。
7. 傳回值方面：如果返回動態分配的對象或記憶體，必須使用指標，引用可能引起記憶體流失。 operator = 的傳回值必須是 Cxxx &
8. 可以使用指標或引用的時候，除了傳遞參數和傳回值，其它地方都應該是指標更好一些。
9. 必須使用引用的地方：operator = 的傳回值必須是 Cxxx &;運算子多載的時候：operator + (const Cxxx& lhs, const Cxxx & rhs); 不能用指標。如果想重載[ ]並且想讓他和數組用法完全一致，那麼返回的類型必須是參考型別，此時對於類或結構體應注意對象是否需要深度拷貝。　　 

執行個體

#include "stdafx.h"#include <iostream>using namespace std;void GetMemory1(char* p,int num){p=new char[num];}//如果非得要用指標參數去申請記憶體，那麼應該改用“指向指標的指標”void GetMemory2(char** p,int num){*p=new char[num];}//或者改用“指向指標的引用”void GetMemory3(char* &p,int num){p=new char[num]; }//或者改用函數傳回值類傳遞動態記憶體char* GetMemory4(int num){char *p=new char[num]; return p;//必須放回的是堆記憶體儲存區，靜態全域儲存區，或者返回唯讀常量儲存區}char* GetMemory5(){char p[]="hello world";//數組p是棧記憶體，沒有用new,"hello world"給數組p賦值，數組p是被分配連續的記憶體空間 return p;//return語句返回不能是指向"棧記憶體"的指標，因為該記憶體在函數結束時自動消亡}char* GetMemory6(){char* p="hello world";//"hello world"是字串常量，位於常量儲存區，它在程式生命期內恒定不變。無論什麼時候調用GetMemory6，它返回的始終是同一個“唯讀”的記憶體塊。return p;}void test(){// char* str=NULL;// GetMemory1(str,100);//str仍然為NULL// strcpy(str,"hello");//運行有誤// cout<<str<<endl;// delete [] str; // str=NULL;// char* str=NULL;// GetMemory2(&str,100);// strcpy(str,"hello");// cout<<str<<endl;// delete [] str; // str=NULL;// char* str=NULL;// GetMemory3(str,100);// cout<<str<<endl;// strcpy(str,"hello");// cout<<str<<endl;// delete [] str; // str=NULL;// char* str=NULL;// str=GetMemory4(100);// strcpy(str,"hello");// cout<<str<<endl;// delete [] str; // str=NULL;// char* str=NULL;// str=GetMemory5();//GetMemory5()返回後str不再是NULL指標，但str的內容不是"hello world",而是垃圾資訊，可以是亂碼// strcpy(str,"hello");// cout<<str<<endl; char* str=NULL;str=GetMemory6();//GetMemory6()返回的是一個"唯讀"的記憶體塊cout<<str<<endl; //輸出"hello world"strcpy(str,"hello");cout<<str<<endl; }int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){test();return 0;}

那些總結

1. 指標p指向常量字串“world”（位於靜態儲存區，內容為world\0），常量字串的內容是不可以被修改的。
2. return語句不可返回指向“棧記憶體”的“指標”或者“引用”，因為該記憶體在函數體結束時被自動銷毀。