第9讲动态内存分配736304930.ppt

第九讲 动态内存分配,教材：C+语言程序设计（第4版） 第6章 6.36.5、6.8,清华大学 郑 莉,目录,9.1 动态内存分配 9.2 用vector创建数组对象 9.3 深拷贝与浅拷贝 9.4 深度探索 9.5 小结,2,3,9.1 动态内存分配,动态申请内存操作符 new,new 类型名T（初始化参数列表） 功能：在程序执行期间，申请用于存放T类型对象的内存空间，并依初值列表赋以初值。 结果值：成功：T类型的指针，指向新分配的内存；失败：抛出异常。,4,9.1 动态内存分配,释放内存操作符delete,delete 指针p 功能：释放指针p所指向的内存。p必须是new操作的返回值。,例9-1（教材例6-16） 动态创建对象举例,5,#include using namespace std; class Point public: Point() : x(0), y(0) cout“Default Constructor called.“endl; Point(int x, int y) : x(x), y(y) cout “Constructor called.“endl; Point() cout“Destructor called.“endl; int getX() const return x; int getY() const return y; void move(int newX, int newY) x = newX; y = newY; private: int x, y; ;,9.1 动态内存分配,例9-1 (续),6,int main() cout “Step one: “ endl; Point *ptr1 = new Point;/调用缺省构造函数 delete ptr1; /删除对象，自动调用析构函数 cout “Step two: “ endl; ptr1 = new Point(1,2); delete ptr1; return 0; ,9.1 动态内存分配,运行结果： Step One: Default Constructor called. Destructor called. Step Two: Constructor called. Destructor called.,7,9.1 动态内存分配,申请和释放动态数组,分配：new 类型名T 数组长度 数组长度可以是任何表达式，在运行时计算 释放：delete 数组名p 释放指针p所指向的数组。p必须是用new分配得到的数组首地址。,例9-2（教材例6-17） 动态创建对象数组举例,8,#include using namespace std; class Point /类的声明同例6-16，略 ; int main() Point *ptr = new Point2; /创建对象数组 ptr0.move(5, 10); /通过指针访问数组元素的成员 ptr1.move(15, 20); /通过指针访问数组元素的成员 cout “Deleting.“ endl; delete ptr; /删除整个对象数组 return 0; ,9.1 动态内存分配,9,例9-2 (续),运行结果： Default Constructor called. Default Constructor called. Deleting. Destructor called. Destructor called.,9.1 动态内存分配,10,9.1 动态内存分配,将动态数组封装成类,更加简洁，便于管理 建立和删除数组的过程比较繁琐 封装成类后更加简洁，便于管理 可以在访问数组元素前检查下标是否越界 用assert来检查，assert只在调试时生效,例9-3（教材例6-18）动态数组类,11,#include #include using namespace std; class Point /类的声明同例6-16 ; class ArrayOfPoints /动态数组类 public: ArrayOfPoints(int size) : size(size) points = new Pointsize; ArrayOfPoints() cout = 0 ,9.1 动态内存分配,例9-3 (续),12,int main() int count; cout count; ArrayOfPoints points(count); /创建对象数组 /通过访问数组元素的成员 points.element(0).move(5, 0); /通过类访问数组元素的成员 points.element(1).move(15, 20); return 0; ,9.1 动态内存分配,13,例9-3 (续),运行结果： Please enter the number of points:2 Default Constructor called. Default Constructor called. Deleting. Destructor called. Destructor called.,9.1 动态内存分配,14,9.1 动态内存分配,动态创建多维数组,new 类型名T第1维长度第2维长度； 如果内存申请成功，new运算返回一个指向新分配内存首地址的指针，是一个T类型的数组，数组元素的个数为除最左边一维外各维下标表达式的乘积。 例如： char (*fp)3; fp = new char23;,15,9.1 动态内存分配,char (*fp)3;,fp,fp+1,例9-4（教材例6-19） 动态创建多维数组,16,#include using namespace std; int main() float (*cp)98 = new float898; for (int i = 0; i (i * 100 + j * 10 + k);,9.1 动态内存分配,例9-4 (续),17,for (int i = 0; i 8; i+) for (int j = 0; j 9; j+) for (int k = 0; k 8; k+) /将指针cp作为数组名使用，通过数组名和下标访问数组元素 cout cpijk “ “; cout endl; cout endl; delete cp; return 0; ,9.1 动态内存分配,18,用vector创建数组对象,为什么需要vector？ 将动态数组封装，自动创建和删除 数组下标越界检查 例6-18中封装的ArrayOfPoints也提供了类似功能，但只适用于一种类型的数组 vector动态数组对象的定义 vector 数组对象名(数组长度); 例：vector arr(5) 建立大小为5的int数组,9.2 用vector创建数组对象,19,9.2 用vector创建数组对象,vector数组对象的使用,对数组元素的引用 与普通数组具有相同形式： 数组对象名 下标表达式 但vector数组对象名不表示数组首地址 获得数组长度 用size函数 数组对象名.size(),例9-5（教材例6-20）vector应用举例,20,#include #include using namespace std; /计算数组arr中元素的平均值 double average(const vector ,9.2 用vector创建数组对象,例9-5 (续),21,int main() unsigned n; cout n; vector arr(n); /创建数组对象 cout arri; cout “Average = “ average(arr) endl; return 0; ,9.2 用vector创建数组对象,22,9.3 深拷贝与浅拷贝,深拷贝与浅拷贝,浅拷贝 实现对象间数据元素的一一对应复制。 深拷贝 当被复制的对象数据成员是指针类型时，不是复制该指针成员本身，而是将指针所指对象进行复制。,例9-6（教材例6-21）对象的浅拷贝,23,#include #include using namespace std; class Point /类的声明同例6-16 / ; class ArrayOfPoints /类的声明同例6-18 / ;,9.3 深拷贝与浅拷贝,例9-6 (续),24,int main() int count; cout count; ArrayOfPoints pointsArray1(count); /创建对象数组 pointsArray1.element(0).move(5,10); pointsArray1.element(1).move(15,20); ArrayOfPoints pointsArray2 = pointsArray1; /创建副本 cout “Copy of pointsArray1:“ endl; cout “Point_0 of array2: “ pointsArray2.element(0).getX() “, “ pointsArray2.element(0).getY() endl; cout “Point_1 of array2: “ pointsArray2.element(1).getX() “, “ pointsArray2.element(1).getY() endl;,9.3 深拷贝与浅拷贝,例9-6 (续),25,pointsArray1.element(0).move(25, 30); pointsArray1.element(1).move(35, 40); cout “After the moving of pointsArray1:“ endl; cout “Point_0 of array2: “ pointsArray2.element(0).getX() “, “ pointsArray2.element(0).getY() endl; cout “Point_1 of array2: “ pointsArray2.element(1).getX() “, “ pointsArray2.element(1).getY() endl; return 0; ,9.3 深拷贝与浅拷贝,例9-6 (续),26,运行结果如下： Please enter the number of points:2 Default Constructor called. Default Constructor called. Copy of pointsArray1: Point_0 of array2: 5, 10 Point_1 of array2: 15, 20 After the moving of pointsArray1: Point_0 of array2: 25, 30 Point_1 of array2: 35, 40 Deleting. Destructor called. Destructor called. Deleting. 接下来程序出现异常，也就是运行错误。,9.3 深拷贝与浅拷贝,27,9.3 深拷贝与浅拷贝,拷贝前,拷贝后,例9-6 对象的深拷贝,28,#include #include using namespace std; class Point /类的声明同例6-16 ; class ArrayOfPoints public: ArrayOfPoints(const ArrayOfPoints int main() /同例6-20 ,9.3 深拷贝与浅拷贝,例9-6 (续),29,程序的运行结果如下： Please enter the number of points:2 Default Constructor called. Default Constructor called. Default Constructor called. Default Constructor called. Copy of pointsArray1: Point_0 of array2: 5, 10 Point_1 of array2: 15, 20 After the moving of pointsArray1: Point_0 of array2: 5, 10 Point_1 of array2: 15, 20 Deleting. Destructor called. Destructor called. Deleting. Destructor called. Destructor called.,9.3 深拷贝与浅拷贝,30,9.3 深拷贝与浅拷贝,拷贝前,拷贝后,指针与引用的对应关系,/使用指针常量 void swap(int * const pa, int * const pb) int temp = *pa; *pa = *pb; *pb = temp; int main() int a, b; swap( ,/使用引用 void swap(int ,31,9.4 深度探索 9.4.1 指针与引用,指针与引用的联系,引用在底层通过指针来实现 一个引用变量，通过存储被引用对象的地址，来标识它所引用的对象 引用是对指针的包装，比指针更高级 指针是C语言就有的底层概念，使用起来很灵活，但用不好容易出错 引用隐藏了指针的“地址”概念，不能直接对地址操作，比指针更安全,32,9.4 深度探索 9.4.1 指针与引用,引用与指针的选择,什么时候用引用？ 如无需直接对地址进行操作，指针一般都可用引用代替 用更多的引用代替指针，更简洁、安全 什么时候用指针？ 引用的功能没有指针强大，有时不得不用指针： 引用一经初始化，无法更改被引用对象，如有这种需求，必须用指针； 没有空引用，但有空指针，如果空指针有存在的必要，必须用指针； 函数指针； 用new动态创建的对象或数组，用指针存储其地址最自然； 函数调用时，以数组形式传递大量数据时，需要用指针作为参数。,33,9.4 深度探索 9.4.1 指针与引用,指针的地址安全性问题,地址安全性问题 通过指针，访问了不该访问的地址，就会出问题 典型问题：数组下标越界 问题的严重性：有时会在不知不觉中产生错误，错误源很难定位，因此程序调试起来很麻烦 解决方案 指针只有赋了初值才能使用（这一点普通变量也应遵循） 指针的算术运算，一定要限制在通过指向数组中某个元素的指针，得到指向同一个数组中另一个元素的指针 尽量使用封装的数组（如vector），而不直接对指针进行操作,34,9.4 深度探索 9.4.2 指针的安全性隐患及其应对方案,指针的类型安全性问题,基本类型数据的转换是基于内容的： 例： int i = 2; float x = static_cast(i); 目标类型不同的指针间的转换，会使一种类型数据的二进制序列被当作另一种类型的数据： reinterpret_cast：可以将一种类型的指针转换为另一种类型 int i = 2; float *p = reinterpret_cast( 结论 从一种具体类型指针转换为另一种具体类型指针的reinterpret_cast很不安全，一般情况下不要用,35,9.4 深度探索 9.4.2 指针的安全性隐患及其应对方案,指针的类型安全性问题(续),void指针与具体类型指针的转换： 具体类型指针可以隐含地转换为void指针： int i = 2; void *vp = 结论 void指针也容易带来不安全，尽量不用，在不得不用的时候，一定要在将void指针转换为具体类型指针时，确保指针被转换为它最初的类型。,36,9.4 深度探索 9.4.2 指针的安全性隐患及其应对方案,堆对象的管理,堆对象必须用delete删除 避免“内存泄漏” 原则很简单，但在复杂的程序中，一个堆对象常常要被多个不同的类、模块访问，该在哪里删除，常常引起混乱 如何有条理地管理堆对象 明确每个堆对象的归属 最理想的情况：在一个类的成员函数中创建的堆对象，也在这个类的成员函数中删除 把对象的建立和删除变成了一个类的局部问题 如需在不同类之间转移堆对象的归属，一定要在注释中注明，作为类的对外接口约定 例如在一个函数内创建堆对象并将其返回，则该对象应当由调用该函数的类负责删除,37,9.4 深度探索 9.4.2 指针的安全性隐患及其应对方案,const_cast的应用,const_cast的用法 用于将常指针、常引用转换为不带“const”的相关类型 例： void foo(const int *cp) int *p = const_cast(cp); (*p)+; 这可以通过常指针修改指针发对象的值，但这是不安全的用法，因为破坏了接口中const的约定 const_cast不是安全的转换，但有时可以安全地使用,38,9.4 深度探索 9.4.3 const_cast的应用,const_cast的安全使用,对例6-18的改进 例6-18通过下列函数访问数组元素 Point 新问题 代码的重复：这个element函数与原先的函数内容完全相同，两份重复的代码，不易维护,39,9.4 深度探索 9.4.3 const_cast的应用,const_cast的安全使用(续),新问题的解决 修改原先的element函数： Point 执行过程：调用常成员函数element()，再将其返回结果中的const用const_cast去除 将this用static_cast转换为常指针，是安全的转换 该函数本身不是常成员函数，确保将最终的结果以普通引用形式返回是安全的 思考：如果保留该函数，而修改常成员函数element，使常成员函数element调用该函数，是否合适？,40,9.4 深度探索 9.4.3 const_cast的应用,小结,41,9.5 小结,主要内容 动态存储分配、用vector创建数组对象、深拷贝与浅拷贝。 达到的目标 理解和掌握动态存储分配技术，会使用vector类，理解对象浅拷贝愈深拷贝的差别，会实现深拷贝。,