动态内存分配和深复制.ppt

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1、动态内存分配,本章首先介绍程序运行时动态内存分配（dynamic memory allocation）的概念与方法。到目前为止，本教材介绍的程序设计中，变量和对象在内存中的分配都是编译器在编译程序时安排好了的，这带来了极大的不便，如数组必须大开小用，指针必须指向一个已经存在的变量或对象。动态内存分配解决了这个问题。本章将进一步讨论拷贝构造函数。,堆内存分配,堆内存的分配与释放,堆对象与构造函数,浅拷贝与深拷贝,C/C+定义了4个内存区间：代码区，全局变量与静态变量区，局部变量区即栈区，动态存储区，即堆（heap）区或自由存储区（free store）。通常定义变量（或对象），编译器在编译时都可

2、以根据该变量（或对象）的类型知道所需内存空间的大小，从而系统在适当的时候为他们分配确定的存储空间。这种内存分配称为静态存储分配有些操作对象只有在程序运行时才能确定，这样编译器在编译时就无法为他们预定存储空间，只能在程序运行时，系统根据运行时的要求进行内存分配，这种方法称为动态存储分配。所有动态存储分配都在堆区中进行。,堆内存的分配与释放,当程序运行到需要一个动态分配的变量或对象时，必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存贮空间，用于存贮该变量或对象。当不再使用该变量或对象时，也就是它的生命结束时，要显式释放它所占用的存贮空间，这样系统就能对该堆空间进行再次分配，做到重复使用有限的资源。在C+中

3、，申请和释放堆中分配的存贮空间，分别使用new和delete的两个运算符来完成，其使用的格式如下：指针变量名=new 类型名(初始化式)；delete 指针名;new运算符返回的是一个指向所分配类型变量（对象）的指针。对所创建的变量或对象，都是通过该指针来间接操作的，而动态创建的对象本身没有名字。,堆内存的分配与释放,一般定义变量和对象时要用标识符命名，称命名对象，而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别，两者完全不同：生命期不同，操作方法不同，临时变量对程序员是透明的)。堆区是不会自动在分配时做初始化的（包括清零），所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。new表

4、达式的操作序列如下：从堆区分配对象，然后用括号中的值初始化该对象。从堆区分配对象时，new表达式调用库操作符new()。例如：int*pi=new int(0);它与下列代码序列大体等价：int ival=0;int*pi=只是pi现在所指向的变量是由库操作符new()分配的，位于程序的堆区中，并且该对象未命名。,堆内存的分配与释放,堆,i,下面看演示：用初始化式(initializer)来显式初始化 int*pi=new int(0);当pi生命周期结束时，必须释放pi所指向的目标：delete pi;注意这时释放了pi所指的目标的内存空间，也就是撤销了该目标，称动态内存释放（dynamic

5、 memory deallocation），但指针pi本身并没有撤销，它自己仍然存在，该指针所占内存空间并未释放。,堆内存的分配与释放,对于数组进行动态分配的格式为：指针变量名=new 类型名下标表达式;delete 指向该数组的指针变量名;两式中的方括号是非常重要的，两者必须配对使用，如果delete语句中少了方括号，因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的指针，会产生回收不彻底的问题（只回收了第一个元素所占空间），加了方括号后就转化为指向数组的指针，回收整个数组。delete 的方括号中不需要填数组元素数，系统自知。即使写了，编译器也忽略。请注意“下标表达式”不是常量表达式，即它的值不必在

6、编译时确定，可以在运行时确定。,堆内存的分配与释放,【例7.1】动态数组的建立与撤销#include#include void main()int n;char*pc;coutn;/在运行时确定，可输入17pc=new charn;/申请17个字符（可装8个汉字和一个结束符）的内存空间strcpy(pc,堆内存的动态分配);coutpcendl;delete pc;/释放pc所指向的n个字符的内存空间return;,堆内存的分配与释放,动态分配数组有三个特点：变量n在编译时没有确定的值，而是在运行中输入，按运行时所需分配堆空间，这一点是动态分配的优点，可克服数组“大开小用”的弊端，在表、排序与

7、查找中的算法，若用动态数组，通用性更佳。delete pc是将n个字符的空间释放，而用delete pc则只释放了一个字符的空间；如果有一个char*pc1，令pc1=p，同样可用delete pc1来释放该空间。尽管C+不对数组作边界检查，但在堆空间分配时，对数组分配空间大小是纪录在案的。没有初始化式（initializer），不可对数组初始化。,堆内存的分配与释放,多维数组动态分配：new 类型名下标表达式1 下标表达式2;建立一个动态三维数组float(*cp)3020;/指向一个30行20列数组的指针cp=new float 15 30 20;/建立由15个30*20数组组成的数组；注

8、意cp等效于三维数组名，但没有指出其边界，即最高维的元素数量，就像指向字符的指针即等效一个字符串,不要把指向字符的指针，说成指向字符串的指针。这与数组的嵌套定义相一致。,堆内存的分配与释放,比较：float(*cp)30 20;/三级指针；float(*bp)20;/二级指针；cp=new float 1 20 30;bp=new float 30 20;两个数组都是由600个浮点数组成，前者是只有一个元素的三维数组，每个元素为30行20列的二维数组，而另一个是有30个元素的二维数组，每个元素为20个元素的一维数组。删除这两个动态数组可用下式：delete cp;/删除（释放）三维数组；del

9、ete bp;/删除（释放）二维数组；,堆内存的分配与释放,【例】动态创建和删除一个m*n个元素的数组。采用指针数组方式来完成二维数组的动态创建。const int m=4;/行数const int n=6;/列数先看二维数组的动态创建：void main()double*data;/如果改成 double(*data)n;后面如何改动 data=new double*m;/设置行 if(data)=0)cout Couuld not allocate.Bye.;return;for(int j=0;jm;j+)dataj=new doublen;/设置列 if(dataj=0)cout Co

10、uuld not allocate.Bye.;return;for(int i=0;im;i+)for(int j=0;jn;j+)dataij=i*n+j;/初始化数组元素 coutdataijendl;de_allocate(data);return;,堆内存的分配与释放,再看二维数组的撤销与内存释放：void de_allocate(double*data)for(int i=0;im;i+)delete datai;/注意撤销次序，先列后行，与设置相反 delete data;指针使用的几个问题：动态分配失败。返回一个空指针（NULL），表示发生了异常，堆资源不足，分配失败。指针删除与

11、堆空间释放。删除一个指针p（delete p;）实际意思是删除了p所指的目标（变量或对象等），释放了它所占的堆空间，而不是删除本身，释放堆空间后，成了空悬指针。,堆内存的分配与释放,内存泄漏（memory leak）和重复释放。new与delete 是配对使用的，delete只能释放堆空间。如果new返回的指针值丢失，则所分配的堆空间无法回收，称内存泄漏，同一空间重复释放也是危险的，因为该空间可能已另分配，所以必须妥善保存new返回的指针，以保证不发生内存泄漏，也必须保证不会重复释放堆内存空间。动态分配的变量或对象的生命期。无名对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，比如在函数中建立的动态对象在

12、函数返回后仍可使用。我们也称堆空间为自由空间（free store）就是这个原因。但必须记住释放该对象所占堆空间，并只能释放一次，在函数内建立，而在函数外释放是一件很容易失控的事，往往会出错。,堆对象与构造函数,通过new建立的对象要调用构造函数，通过delete删除对象也要调用析构函数。CGoods*pc;pc=new CGoods;/分配堆空间，并构造一个无名的CGoods对象；.delete pc;/先析构，然后将内存空间返回给堆；堆对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，所以除非程序结束，堆对象（无名对象）的生命期不会到期，并且需要显式地用delete语句析构堆对象，上面的堆对象在执行d

13、elete语句时，C+自动调用其析构函数。正因为构造函数可以有参数，所以new后面类（class）类型也可以有参数。这些参数即构造函数的参数。但对创建数组，则无参数，并只调用缺省的构造函数。见下例类说明：,堆对象与构造函数,class CGoods char Name21;int Amount;float Price;float Total_value;public:CGoods();/缺省构造函数。/因已有构造函数，系统不会自动生成，必须显式说明。CGoods(char*name,int amount,float price)strcpy(Name,name);Amount=amount;P

14、rice=price;Total_value=price*amount;,堆对象与构造函数,下面注意如何使用：void main()int n;CGoods*pc,*pc1,*pc2;pc=new CGoods(“夏利2000”，10，118000);/调用三参数构造函数 pc1=new CGoods();/调用缺省构造函数 coutn;pc2=new CGoodsn;/动态建立数组，不能初始化，调用n次缺省构造函数 delete pc;delete pc1;delete pc2;,堆对象与构造函数,这里再次强调：由堆区创建对象数组，只能调用缺省的构造函数，不能调用其他任何构造函数。如果没有缺

15、省的构造函数，则不能创建堆区的对象数组。,浅拷贝与深拷贝,缺省拷贝构造函数，可用一个类对象初始化另一个类对象，称为缺省的按成员拷贝，而不是对整个类对象的按位拷贝。这称为浅拷贝。,图1 浅拷贝,拷贝前,拷贝后,浅拷贝与深拷贝,如果类中有一个数据成员为指针，该类的一个对象obj1中的这个指针p，指向了动态分配的一个堆对象，（参见图1拷贝前），如果用obj1按成员拷贝了一个对象obj2，这时obj2.p也指向同一个堆对象。当析构时，如用缺省的析构函数，则动态分配的堆对象不能回收。如果在析构函数中有“delete p;”语句，则如果先析构函数obj1时，堆对象已经释放，以后再析构obj2时出现了二次释

16、放的问题。这时就要重新定义拷贝的构造函数，给每个对象独立分配一个堆对象，称深拷贝。这时先拷贝对象主体，再为obj2分配一个堆对象，最后用obj1的堆对象拷贝obj2的堆对象。,图2 深拷贝,浅拷贝与深拷贝,例7.3定义拷贝（copy structor）和拷贝赋值操作符（copy Assignment Operator）实现深拷贝。学生类定义：class studentchar*pName;/指针成员public:student();student(char*pname);student(student,缺省构造函数：student:student()coutConstructor;pName=

17、NULL;cout缺省endl;,浅拷贝与深拷贝,带参数构造函数：student:student(char*pname)coutConstructor;if(pName=new charstrlen(pname)+1)strcpy(pName,pname);coutpNameendl;拷贝构造函数：student:student(student,浅拷贝与深拷贝,析构函数：student:student()coutDestructorpNameendl;if(pName)pName0=0;delete pName;/释放字符串拷贝赋值操作符：student,浅拷贝与深拷贝,堆内存是最常用的需要拷贝构造函数自定义的资源。如果类需要析构函数来析构资源，则类也需要一个自定义的拷贝构造函数。对象的拷贝就是深拷贝了。,