C++堆內(nèi)存空間詳解(釋放內(nèi)存、內(nèi)存泄露)
2020-05-23 14:27:05
供稿：網(wǎng)友
家里要來(lái)客人了，我們要給客人們泡茶。如果規(guī)定只能在確定來(lái)幾位客人之前就把茶泡好，這就會(huì)顯得很尷尬：茶泡多了會(huì)造成浪費(fèi)，泡少了怕怠慢了客人。所以，最好的方法就是等知道了來(lái)幾位客人再泡茶，來(lái)幾位客人就泡幾杯茶。
然而，我們?cè)谑褂脭?shù)組的時(shí)候也會(huì)面臨這種尷尬：數(shù)組的存儲(chǔ)空間必須在程序運(yùn)行前申請(qǐng)，即數(shù)組的大小在編譯前必須是已知的常量表達(dá)式。空間申請(qǐng)得太大會(huì)造成浪費(fèi)，空間申請(qǐng)得太小會(huì)造成數(shù)據(jù)溢出而使得程序異常。所以，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要能夠在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際情況申請(qǐng)內(nèi)存空間。
在C++中，允許我們?cè)诔绦蜻\(yùn)行時(shí)根據(jù)自己的需要申請(qǐng)一定的內(nèi)存空間，我們把它稱(chēng)為堆內(nèi)存（Heap）空間。
如何獲得堆內(nèi)存空間
我們用操作符new來(lái)申請(qǐng)堆內(nèi)存空間，其語(yǔ)法格式為：
new 數(shù)據(jù)類(lèi)型[表達(dá)式]；
其中，表達(dá)式可以是一個(gè)整型正常量，也可以是一個(gè)有確定值的整型正變量，其作用類(lèi)似聲明數(shù)組時(shí)的元素個(gè)數(shù)，所以?xún)膳缘闹欣ㄌ?hào)不可省略。如果我們只申請(qǐng)一個(gè)變量的空間，則該表達(dá)式可以被省略，即寫(xiě)作：
new 數(shù)據(jù)類(lèi)型；
使用new操作符后，會(huì)返回一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類(lèi)型的指針，該指針指向了空間的首元素。所以，我們?cè)谑褂胣ew操作符之前需要聲明一個(gè)對(duì)應(yīng)類(lèi)型的指針，來(lái)接受它的返回值。如下面程序段：
int *iptr;//聲明一個(gè)指針
int size;//聲明整型變量，用于輸入申請(qǐng)空間的大小
cin >>size;//輸入一個(gè)正整數(shù)
iptr=new int[size];//申請(qǐng)堆內(nèi)存空間，接受new的返回值
我們又知道，數(shù)組名和指向數(shù)組首元素的指針是等價(jià)的。所以，對(duì)于iptr我們可以認(rèn)為是一個(gè)整型數(shù)組。于是，我們實(shí)現(xiàn)了在程序運(yùn)行時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)申請(qǐng)內(nèi)存空間。
釋放內(nèi)存
當(dāng)一個(gè)程序運(yùn)行完畢之后，它所使用的數(shù)據(jù)就不再需要。由于內(nèi)存是有限的，所以它原來(lái)占據(jù)的內(nèi)存空間也應(yīng)該釋放給別的程序使用。對(duì)于普通變量和數(shù)組，在程序結(jié)束運(yùn)行以后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將它們的空間回收。然而對(duì)于我們自己分配的堆內(nèi)存空間，大多數(shù)系統(tǒng)都不會(huì)將它們回收。如果我們不人為地對(duì)它們進(jìn)行回收，只“借”不“還”，那么系統(tǒng)資源就會(huì)枯竭，電腦的運(yùn)行速度就會(huì)越來(lái)越慢，直至整個(gè)系統(tǒng)崩潰。我們把這種只申請(qǐng)空間不釋放空間的情況稱(chēng)為內(nèi)存泄露（Memory Leak）。
確認(rèn)申請(qǐng)的堆內(nèi)存空間不再使用后，我們用delete操作符來(lái)釋放堆內(nèi)存空間，其語(yǔ)法格式為：
delete [] 指向堆內(nèi)存首元素的指針；
如果申請(qǐng)的是一個(gè)堆內(nèi)存變量，則delete后的[]可以省略；如果申請(qǐng)的是一個(gè)堆內(nèi)存數(shù)組，則該[]不能省略，否則還是會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄露。另外，我們也不難發(fā)現(xiàn)，delete后的指針就是通過(guò)new獲得的指針，如果該指針的數(shù)據(jù)被修改或丟失，也可能造成內(nèi)存泄露。
下面我們來(lái)看一段程序，實(shí)踐堆內(nèi)存的申請(qǐng)和回收：（程序8.7）
#include "iostream.h"
int main()
{
int size;
float sum=0;
int *heapArray;
cout <<"請(qǐng)輸入元素個(gè)數(shù)：";
cin >>size;
heapArray=new int[size];
cout <<"請(qǐng)輸入各元素：" <<endl;
for (int i=0;i<size;i++)
{
cin >>heapArray[i];
sum=sum+heapArray[i];
}
cout <<"這些數(shù)的平均值為" <<sum/size <<endl;
delete [] heapArray;
return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果：
請(qǐng)輸入元素個(gè)數(shù)：5
請(qǐng)輸入各元素：
1 3 4 6 8
這些數(shù)的平均值為4.4
可見(jiàn)，申請(qǐng)的堆內(nèi)存數(shù)組在使用上和一般的數(shù)組并無(wú)差異。我們需要記住的是，申請(qǐng)了資源用完了就一定要釋放，這是程序員的好習(xí)慣，也是一種責(zé)任。
那么，我們能不能來(lái)申請(qǐng)一個(gè)二維的堆內(nèi)存數(shù)組呢？事實(shí)上，new 數(shù)據(jù)類(lèi)型[表達(dá)式][表達(dá)式]的寫(xiě)法是不允許的。所以，如果有需要，最簡(jiǎn)單的方法就是用一個(gè)一維數(shù)組來(lái)代替一個(gè)二維數(shù)組。這就是上一章最后一小段文字的意義所在。
