C++ 动态内存

对 C++ 中动态内存工作原理的良好理解对于成为一名优秀的 C++ 程序员至关重要。C++ 程序中的内存分为两部分：

栈 — 所有在函数内部声明的变量将占用栈上的内存。
堆 — 这是程序未使用的内存，可以在程序运行时动态分配。

很多时候，在定义变量时并不知道需要多少内存来存储特定信息，并且所需内存的大小可以在运行时确定。

你可以在堆上为给定类型的变量分配内存，使用 C++ 中的一个特殊操作符来返回分配的空间地址。这个操作符称为 new 操作符。

如果你不再需要动态分配的内存，可以使用 delete 操作符，它会取消由 new 操作符先前分配的内存。

`new` 和 `delete` 操作符

new 操作符用于动态分配内存的通用语法如下：

new 数据类型;

这里的 数据类型 可以是任何内置数据类型，包括数组或任何用户定义的数据类型，包括类或结构体。让我们从内置数据类型开始。例如，我们可以定义一个指向 double 类型的指针，然后请求在执行时分配内存。我们可以使用 new 操作符通过以下语句来实现这一点：

double* pvalue  = NULL; // 初始化为空指针的指针
pvalue  = new double;   // 请求变量的内存

如果内存没有成功分配，因为自由存储空间已经被用完。因此，检查 new 操作符是否返回空指针并采取适当措施是良好的做法：

double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double )) {
   cout << "错误: 内存不足。" << endl;
   exit(1);
}

尽管 C 中的 malloc() 函数仍然存在于 C++ 中，但建议避免使用 malloc() 函数。new 操作符的主要优点在于它不仅分配内存，还构造对象，这是 C++ 的主要目标之一。

当你觉得某个动态分配的变量不再需要时，你可以使用 delete 操作符释放其在自由存储区中占用的内存：

delete pvalue;        // 释放 pvalue 指向的内存

让我们将上述概念放入以下示例中，以展示 new 和 delete 如何工作：

#include <iostream>
using namespace std;

int main () {
   double* pvalue  = NULL; // 初始化为空指针的指针
   pvalue  = new double;   // 请求变量的内存
   
   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址处存储值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;

   delete pvalue;         // 释放内存

   return 0;
}

如果我们编译并运行上述代码，这将产生以下结果：

Value of pvalue : 29495

动态数组内存分配

考虑你想要为一个字符数组分配内存，即长度为 20 个字符的字符串。使用与上述相同的语法，我们可以动态分配内存，如下所示：

char* pvalue  = NULL;         // 初始化为空指针的指针
pvalue  = new char[20];       // 请求变量的内存

要移除刚刚创建的数组，语句如下：

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

遵循 new 操作符的相似通用语法，你可以为多维数组分配内存如下：

double** pvalue  = NULL;      // 初始化为空指针的指针 
pvalue  = new double [3][4];  // 分配 3x4 数组的内存

然而，释放多维数组内存的语法仍然相同：

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

对象的动态内存分配

对象与简单数据类型并无二致。例如，考虑以下代码，我们将使用对象数组来澄清这一概念：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
   public:
      Box() { 
         cout << "构造函数调用!" << endl; 
      }
      ~Box() { 
         cout << "析构函数调用!" << endl; 
      }
};
int main() {
   Box* myBoxArray = new Box[4];
   delete [] myBoxArray; // 删除数组

   return 0;
}

如果你分配一个包含四个 Box 对象的数组，简单的构造函数将被调用四次；同样地，在删除这些对象时，析构函数也将被调用相同次数。

如果我们编译并运行上述代码，这将产生以下结果：

构造函数调用!
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!
析构函数调用!
析构函数调用!