C语言的内存分配.ppt

动态内存分配,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。,堆内存分配,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）。,堆内存的分配与释放,通常定义变量（或对象），编译器在编译时都可以根据该变量（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； 有些操作对象只在程序运行时才能确定，这样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。 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。,堆的概念,堆内存的分配与释放,在C+中，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： 指针变量名=new 类型名(初始化式)； delete 指针名; 例如：1、 int *pi=new int(0); 它与下列代码序列大体等价： 2、int ival=0, *pi= 区别：pi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。,堆空间申请、释放的方法,1、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，而且动态创建的对象本身没有名字。 2、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)。 3、堆区是不会在分配时做自动初始化的（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。,堆空间申请、释放说明,堆,i,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 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。,堆空间申请、释放演示,下面是关于new 操作的说明,1、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。 2、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)。 3、堆区是不会在分配时做自动初始化的（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。,1、申请数组空间： 指针变量名=new 类型名下标表达式; 注意：“下标表达式”不是常量表达式，即它的值不必在编译时确定，可以在运行时确定。 2、释放数组空间： delete 指向该数组的指针变量名; 注意：方括号非常重要的，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，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。,在堆中建立动态一维数组,#include #include void main() int n; char *pc; coutn; /n在运行时确定，可输入17 pc=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 ; ,动态一维数组的建立与撤销,1.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、排序与查找中的算法，若用动态数组，通用性更佳。一定注意：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； 2.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。 3.没有初始化式（initializer），不可对数组初始化。,动态一维数组的说明,动态数组举例,(1) （本小题10分）读懂如下程序： #include #include double TriangleArea( ) int i; double dTArea; 7 double* pds = new double5; 8 if (!pds) 9 cout pdsi; pds0+=pdsi/2; pds4= pds0; for(i=1;i4;i+) pds0 *= ( pds4 - pdsi); dTArea=sqrt(pds0); 23 delete pds; return dTArea; ,void main() double dArea; dArea=TriangleArea( ); if (dArea=-1) cout“ The program failed!“ endl; else cout “The area of triangle is “ dAreaendl; ,读懂各个小题程序，为了便于提问，程序的每行前面加有行号，请对所提的问题作出准确的相应解答。,请写出下列问题答案： 第7行起何作用？（2分） 答： 第8-11行可否省去？并说明原因。（2分） 答： 第23行起何作用？（2分） 答： 此程序功能是什么？若对三次“the side is:”提示回答分别为3,4,5，请写出执行结果输出的内容。（4分） 答：,指针数组和数组指针,指针类型: (1)int*ptr;/指针所指向的类型是int (2)char*ptr;/指针所指向的的类型是char (3)int*ptr;/指针所指向的的类型是int* （也就是一个int * 型指针） (4)int(*ptr)3;/指针所指向的的类型是int()3 /二维指针的声明,指针数组,一个数组里存放的都是同一个类型的指针，通常我们把他叫做指针数组。 比如 int * a2;它里边放了2个int * 型变量 . int * a2； a0= new int3; a1=new int3; delete a0; delete a1; 注意这里 是一个数组，不能delete ;,数组指针,一个指向一维或者多维数组的指针. int * b=new int10; 指向一维数组的指针b ; 注意，这个时候释放空间一定要delete ,否则会造成内存泄露， b 就成为了空悬指针,int (*b2)10=new int1010; 注意，这里的b2指向了一个二维int型数组的首地址. 注意：在这里，b2等效于二维数组名，但没有指出其边界，即最高维的元素数量，但是它的最低维数的元素数量必须要指定！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。 int(*b3) 30 20; /三级指针指向三维数组的指针； int (*b2) 20; /二级指针；指向二维数组的指针； b3=new int 1 20 30; b2=new int 30 20; 删除这两个动态数组可用下式： delete b3; /删除（释放）三维数组； delete b2; /删除（释放）二维数组；,new 类型名下标表达式1 下标表达式2; 例如：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，指向二维数组的指针 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。,在堆中建立动态多维数组,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； delete bp; /删除（释放）二维数组；,多维数组比较与辨识,const int m=4,n=6; /行列数 /1、先看二维数组的动态创建： void main() double *data; data = new double*m; /申请行 if (data ) = 0) cout “Could not allocate. bye .“; exit(-1); for(int j=0;jm;j+) dataj = new doublen; /设置列 if (dataj = 0) cout “Could not allocate. Bye .“; exit(-1); /空间申请结束，下为初始化 for (int i=0;im;i+) for (int j=0;jn;j+) dataij=i*n+j;,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。,display(data); /2、二维数组的输出，此处略。 /3、再看二维数组的撤销与内存释放： 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; return; 二维数组的内存释放可以做成函数， 调用语句de_allocate(data)； void de_allocate(double *data) for (int i=0;im;i+) delete datai; delete data; return; 在VC+平台上演示本例。,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。 data = new double*m; /申请行 if (data ) = 0) 指针删除与堆空间释放。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，不能再通过p使用该空间，在重新给p赋值前，也不能再直接使用p。,通过指针使堆空间，编程 中的几个可能问题,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。,7.1.2 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deletee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delete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：,class CGoods char Name21; int Amount; float Price; float Total value; public: CGoods(); /缺省构造函数。因已有其他构造函数，系统不会再自动生成缺省构造，必须显式说明。 CGoods(char* name,int amount ,float price) strcpy(Name,name); Amount=amount; Price=price; Total_value=price*amount; ；/类声明结束,/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; ,此例告诉我们堆对象的使用方法：申请堆空间之后构造函数运行； 释放堆空间之前析构函数运行； 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。如果没有缺省的构造函数，则不能创建对象数组。,7.1.3 浅拷贝与深拷贝,对象的构造，也可以由拷贝构造函数完成，即用一个对象的内容去初始化另一个对象的内容。 此时，若对象使用了堆空间（注意和“堆对象”区分），就有深、浅拷贝的问题，不清楚则很容易出错。 1、什么是浅拷贝？ 2、浅拷贝可能带来什么问题？ 3、什么是深拷贝？ 4、深拷贝的实现方法？,缺省拷贝构造函数：用一个对象的内容初始化另一个同类对象，也称为缺省的按成员拷贝，不是对整个类对象的按位拷贝。这种拷贝称为浅拷贝。 class CGoods char *Name; /不同与char Name21 ? int Amount; float Price; float Total_value; public： CGoods()Name=new char21; CGoods(CGoods /类声明结束,什么是浅拷贝？,void main() CGoods pc; /调用缺省构造函数 CGoods pc1(pc); /调用拷贝构造函数 /程序执行完，对象pc1和pc将被析构，此时出错。,浅拷贝带来的问题,析构时，如用缺省的析构函数，则动态分配的堆空 间不能回收。 如果用有“delete Name;”语句的析构函数，则先 析构pc1时，堆空间已经释放，然后再析构pc 时出现了二次释放的问题。 这时就要重新定义拷贝构造函数，给每个对象独 立分配一个堆字符串，称深拷贝。,对象pc,Name,堆字符串,拷贝前,堆字符串,对象pc,Name,对象pc1,Name,浅拷贝后,图7.1 浅拷贝,对象pc,Name,堆字符串,拷贝前,堆字符串,对象pc,Name,对象pc1,Name,深拷贝后,图7.1 深拷贝,堆字符串2,深拷贝自定义拷贝构造,CGoods(CGoods ,/学生类定义： class student char *pName; /指针成员 public: student(); student(char *pname); student(student ,/缺省构造函数： student:student() pName=NULL; cout“Constructor缺省n“; ,例7.3 定义copy structor和拷贝赋值操作符(copy Assignment Operator）实现深拷贝。,/带参数构造函数： student:student(char *pname) if(pName=new charstrlen(pname)+1) strcpy(pName,pname); cout “Constructor“ pNameendl; /拷贝构造函数： student:student(student ,/析构函数： student:student() cout“Destructor“pNameendl; if(pName) delete pName; /释放字符串 /拷贝赋值操作符： student 在VC+平台上演示本例。,堆内存是最常用的需要自定义拷贝构造函数的资源，但不是唯一的，如打开文件等也需要。 如果类需要析构函数来释放某些资源，则类也需要一个自定义的拷贝构造函数。此时，对象的拷贝就是深拷贝了。,