動態(tài)內(nèi)存分配和深復(fù)制

動態(tài)內(nèi)存分配和深復(fù)制第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存分配

堆內(nèi)存的分配與釋放

堆對象與構(gòu)造函數(shù)

淺拷貝與深拷貝

C/C++定義了4個內(nèi)存區(qū)間：代碼區(qū)，全局變量與靜態(tài)變量區(qū)，局部變量區(qū)即棧區(qū)，動態(tài)存儲區(qū)，即堆（heap）區(qū)或自由存儲區(qū)（freestore）。通常定義變量（或?qū)ο螅?，編譯器在編譯時都可以根據(jù)該變量（或?qū)ο螅┑念愋椭浪鑳?nèi)存空間的大小，從而系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r候?yàn)樗麄兎峙浯_定的存儲空間。這種內(nèi)存分配稱為靜態(tài)存儲分配有些操作對象只有在程序運(yùn)行時才能確定，這樣編譯器在編譯時就無法為他們預(yù)定存儲空間，只能在程序運(yùn)行時，系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行時的要求進(jìn)行內(nèi)存分配，這種方法稱為動態(tài)存儲分配。所有動態(tài)存儲分配都在堆區(qū)中進(jìn)行。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放

當(dāng)程序運(yùn)行到需要一個動態(tài)分配的變量或?qū)ο髸r，必須向系統(tǒng)申請取得堆中的一塊所需大小的存貯空間，用于存貯該變量或?qū)ο?。?dāng)不再使用該變量或?qū)ο髸r，也就是它的生命結(jié)束時，要顯式釋放它所占用的存貯空間，這樣系統(tǒng)就能對該堆空間進(jìn)行再次分配，做到重復(fù)使用有限的資源。在C++中，申請和釋放堆中分配的存貯空間，分別使用new和delete的兩個運(yùn)算符來完成，其使用的格式如下：指針變量名=new類型名(初始化式)；delete指針名;

new運(yùn)算符返回的是一個指向所分配類型變量（對象）的指針。對所創(chuàng)建的變量或?qū)ο?，都是通過該指針來間接操作的，而動態(tài)創(chuàng)建的對象本身沒有名字。

第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放一般定義變量和對象時要用標(biāo)識符命名，稱命名對象，而動態(tài)的稱無名對象(請注意與棧區(qū)中的臨時對象的區(qū)別，兩者完全不同：生命期不同，操作方法不同，臨時變量對程序員是透明的)。堆區(qū)是不會自動在分配時做初始化的（包括清零），所以必須用初始化式(initializer)來顯式初始化。new表達(dá)式的操作序列如下：從堆區(qū)分配對象，然后用括號中的值初始化該對象。從堆區(qū)分配對象時，new表達(dá)式調(diào)用庫操作符new()。例如：int*pi=newint(0);它與下列代碼序列大體等價：intival=0;int*pi=&ival;只是pi現(xiàn)在所指向的變量是由庫操作符new()分配的，位于程序的堆區(qū)中，并且該對象未命名。第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放堆０Ｐi下面看演示：１．用初始化式(initializer)來顯式初始化int*pi=newint(0);２．當(dāng)pi生命周期結(jié)束時，必須釋放pi所指向的目標(biāo)：

deletepi;注意這時釋放了pi所指的目標(biāo)的內(nèi)存空間，也就是撤銷了該目標(biāo)，稱動態(tài)內(nèi)存釋放（dynamicmemorydeallocation），但指針pi本身并沒有撤銷，它自己仍然存在，該指針?biāo)純?nèi)存空間并未釋放。第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放

對于數(shù)組進(jìn)行動態(tài)分配的格式為：指針變量名=new類型名[下標(biāo)表達(dá)式];delete[]指向該數(shù)組的指針變量名;兩式中的方括號是非常重要的，兩者必須配對使用，如果delete語句中少了方括號，因編譯器認(rèn)為該指針是指向數(shù)組第一個元素的指針，會產(chǎn)生回收不徹底的問題（只回收了第一個元素所占空間），加了方括號后就轉(zhuǎn)化為指向數(shù)組的指針，回收整個數(shù)組。delete[]的方括號中不需要填數(shù)組元素數(shù)，系統(tǒng)自知。即使寫了，編譯器也忽略。請注意“下標(biāo)表達(dá)式”不是常量表達(dá)式，即它的值不必在編譯時確定，可以在運(yùn)行時確定。第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放【例7.1】動態(tài)數(shù)組的建立與撤銷#include<iostream.h>#include<string.h>voidmain(){ intn; char*pc; cout<<"請輸入動態(tài)數(shù)組的元素個數(shù)"<<endl;

cin>>n;

//在運(yùn)行時確定，可輸入17

pc=newchar[n];

//申請17個字符（可裝8個漢字和一個結(jié)束符）的內(nèi)存空間

strcpy(pc,"堆內(nèi)存的動態(tài)分配"); cout<<pc<<endl; delete[]pc;//釋放pc所指向的n個字符的內(nèi)存空間

return;

}第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放動態(tài)分配數(shù)組有三個特點(diǎn)：變量n在編譯時沒有確定的值，而是在運(yùn)行中輸入，按運(yùn)行時所需分配堆空間，這一點(diǎn)是動態(tài)分配的優(yōu)點(diǎn)，可克服數(shù)組“大開小用”的弊端，在表、排序與查找中的算法，若用動態(tài)數(shù)組，通用性更佳。delete[]pc是將n個字符的空間釋放，而用deletepc則只釋放了一個字符的空間；如果有一個char*pc1，令pc1=p，同樣可用delete[]pc1來釋放該空間。盡管C++不對數(shù)組作邊界檢查，但在堆空間分配時，對數(shù)組分配空間大小是紀(jì)錄在案的。沒有初始化式（initializer），不可對數(shù)組初始化。

第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放多維數(shù)組動態(tài)分配：new類型名[下標(biāo)表達(dá)式1][下標(biāo)表達(dá)式2]……;建立一個動態(tài)三維數(shù)組float(*cp)[30][20];//指向一個30行20列數(shù)組的指針cp=newfloat[15][30][20];

//建立由15個30*20數(shù)組組成的數(shù)組；注意cp等效于三維數(shù)組名，但沒有指出其邊界，即最高維的元素數(shù)量，就像指向字符的指針即等效一個字符串,不要把指向字符的指針，說成指向字符串的指針。這與數(shù)組的嵌套定義相一致。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放比較：float(*cp)[30][20];//三級指針；float(*bp)[20];//二級指針；cp=newfloat[1][20][30];bp=newfloat[30][20];兩個數(shù)組都是由600個浮點(diǎn)數(shù)組成，前者是只有一個元素的三維數(shù)組，每個元素為30行20列的二維數(shù)組，而另一個是有30個元素的二維數(shù)組，每個元素為20個元素的一維數(shù)組。刪除這兩個動態(tài)數(shù)組可用下式：delete[]cp;//刪除（釋放）三維數(shù)組；delete[]bp;//刪除（釋放）二維數(shù)組；第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放【例】動態(tài)創(chuàng)建和刪除一個m*n個元素的數(shù)組。采用指針數(shù)組方式來完成二維數(shù)組的動態(tài)創(chuàng)建。constintm=4;//行數(shù)constintn=6;//列數(shù)先看二維數(shù)組的動態(tài)創(chuàng)建：voidmain(){double**data;//如果改成double(*data)[n];后面如何改動

data=newdouble*[m];

//設(shè)置行

if((data)==0){cout<<"Couuldnotallocate.Bye...";return;}for(intj=0;j<m;j++){

data[j]=newdouble[n];

//設(shè)置列

if(data[j]==0){cout<<"Couuldnotallocate.Bye...";return;}}

for(inti=0;i<m;i++)for(intj=0;j<n;j++){data[i][j]=i*n+j;//初始化數(shù)組元素

cout<<data[i][j]<<endl};de_allocate(data);return;}第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放再看二維數(shù)組的撤銷與內(nèi)存釋放：voidde_allocate(double**data){for(inti=0;i<m;i++)delete[]data[i];//注意撤銷次序，先列后行，與設(shè)置相反

delete[]data;}在VC++平臺上演示本例。指針使用的幾個問題：１．動態(tài)分配失敗。返回一個空指針（NULL），表示發(fā)生了異常，堆資源不足，分配失敗。２．指針刪除與堆空間釋放。刪除一個指針p（deletep;）實(shí)際意思是刪除了p所指的目標(biāo)（變量或?qū)ο蟮龋?，釋放了它所占的堆空間，而不是刪除ｐ本身，釋放堆空間后，ｐ成了空懸指針。第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆內(nèi)存的分配與釋放３．內(nèi)存泄漏（memoryleak）和重復(fù)釋放。new與delete是配對使用的，delete只能釋放堆空間。如果new返回的指針值丟失，則所分配的堆空間無法回收，稱內(nèi)存泄漏，同一空間重復(fù)釋放也是危險的，因?yàn)樵摽臻g可能已另分配，所以必須妥善保存new返回的指針，以保證不發(fā)生內(nèi)存泄漏，也必須保證不會重復(fù)釋放堆內(nèi)存空間。４．動態(tài)分配的變量或?qū)ο蟮纳?。無名對象的生命期并不依賴于建立它的作用域，比如在函數(shù)中建立的動態(tài)對象在函數(shù)返回后仍可使用。我們也稱堆空間為自由空間（freestore）就是這個原因。但必須記住釋放該對象所占堆空間，并只能釋放一次，在函數(shù)內(nèi)建立，而在函數(shù)外釋放是一件很容易失控的事，往往會出錯。

第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆對象與構(gòu)造函數(shù)

通過new建立的對象要調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，通過delete刪除對象也要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。CGoods*pc;pc=newCGoods;

//分配堆空間，并構(gòu)造一個無名的CGoods對象；…….deletepc;

//先析構(gòu)，然后將內(nèi)存空間返回給堆；

堆對象的生命期并不依賴于建立它的作用域，所以除非程序結(jié)束，堆對象（無名對象）的生命期不會到期，并且需要顯式地用delete語句析構(gòu)堆對象，上面的堆對象在執(zhí)行delete語句時，C++自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)。正因?yàn)闃?gòu)造函數(shù)可以有參數(shù)，所以new后面類（class）類型也可以有參數(shù)。這些參數(shù)即構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。但對創(chuàng)建數(shù)組，則無參數(shù)，并只調(diào)用缺省的構(gòu)造函數(shù)。見下例類說明：第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆對象與構(gòu)造函數(shù)classCGoods{charName[21];intAmount;floatPrice;floatTotal_value;public:CGoods(){};//缺省構(gòu)造函數(shù)。

//因已有構(gòu)造函數(shù)，系統(tǒng)不會自動生成，必須顯式說明。

CGoods(char*name,intamount,floatprice){strcpy(Name,name);Amount=amount;Price=price;Total_value=price*amount;

}

……};第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆對象與構(gòu)造函數(shù)下面注意如何使用：voidmain(){intn;CGoods*pc,*pc1,*pc2;pc=newCGoods(“夏利2000”，10，118000);

//調(diào)用三參數(shù)構(gòu)造函數(shù)

pc1=newCGoods();//調(diào)用缺省構(gòu)造函數(shù)

cout<<“輸入商品類數(shù)組元素數(shù)”<<endl;cin>>n;pc2=newCGoods[n];

//動態(tài)建立數(shù)組，不能初始化，調(diào)用n次缺省構(gòu)造函數(shù)

……

deletepc;deletepc1;delete[]pc2;}第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日

堆對象與構(gòu)造函數(shù)這里再次強(qiáng)調(diào)：由堆區(qū)創(chuàng)建對象數(shù)組，只能調(diào)用缺省的構(gòu)造函數(shù)，不能調(diào)用其他任何構(gòu)造函數(shù)。如果沒有缺省的構(gòu)造函數(shù)，則不能創(chuàng)建堆區(qū)的對象數(shù)組。第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日

淺拷貝與深拷貝

缺省拷貝構(gòu)造函數(shù)，可用一個類對象初始化另一個類對象，稱為缺省的按成員拷貝，而不是對整個類對象的按位拷貝。這稱為淺拷貝。

P堆對象堆對象PP

圖1淺拷貝

拷貝前拷貝后

第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日

淺拷貝與深拷貝

如果類中有一個數(shù)據(jù)成員為指針，該類的一個對象obj1中的這個指針p，指向了動態(tài)分配的一個堆對象，（參見圖1拷貝前），如果用obj1按成員拷貝了一個對象obj2，這時obj2.p也指向同一個堆對象。當(dāng)析構(gòu)時，如用缺省的析構(gòu)函數(shù)，則動態(tài)分配的堆對象不能回收。如果在析構(gòu)函數(shù)中有“deletep;”語句，則如果先析構(gòu)函數(shù)obj1時，堆對象已經(jīng)釋放，以后再析構(gòu)obj2時出現(xiàn)了二次釋放的問題。這時就要重新定義拷貝的構(gòu)造函數(shù)，給每個對象獨(dú)立分配一個堆對象，稱深拷貝。這時先拷貝對象主體，再為obj2分配一個堆對象，最后用obj1的堆對象拷貝obj2的堆對象。

堆對象PP堆對象

圖2深拷貝

第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

淺拷貝與深拷貝[例7.3]定義拷貝（copystructor）和拷貝賦值操作符（copyAssignmentOperator）實(shí)現(xiàn)深拷貝。

學(xué)生類定義：classstudent{ char*pName;//指針成員public: student(); student(char*pname); student(student&s);//拷貝構(gòu)造函數(shù)

~student(); student&operator=(student&s);//拷貝賦值操作符};缺省構(gòu)造函數(shù)：student::student(){cout<<"Constructor"; pName=NULL;cout<<"缺省"<<endl;}第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日

淺拷貝與深拷貝帶參數(shù)構(gòu)造函數(shù)：student::student(char*pname){cout<<"Constructor";if(pName=newchar[strlen(pname)+1])strcpy(pName,pname);cout<<pName<<endl;}拷貝構(gòu)造函數(shù)：student::student(student&s){cout<<"CopyConstructor";if(s.pName){