C++语言定义了两个运算符来分配和释放动态内存。运算符new分配内存,delete释放new分配的内存。
相对于智能指针,使用这来年刚给运算符管理内存非常容易出错,随着我们逐步详细介绍这两个四月份,这一点会更为清楚。而且,自己直接管理内存的类与使用智能指针的类不同,它们不能依赖类对象拷贝、赋值和销毁操作的任何默认定义。因此,使用智能指针的程序更容易编写和调试。
使用new动态分配和初始化对象
在自由空间分配的内存是无名的。因此,new无法为其分配的对象命名,而是返回一个执行对象的指针:
int *pi=new int ;// pi指向一个动态分配的、未初始化的无名对象
此new表达式在自由空间构造一个int型对象,并返回指向该对象的指针。
默认情况下,动态分配的对象是默认初始化的,这意味着内置类型或组合类型的对象的值将是未定义的,而类类型对象将用默认函数进行初始化:
string *ps=new string; //初始化为空string
int *pi=new int ; // pi指向一个未初始化的int
我们可以使用直接初始化方式来初始化一个动态分配的对象。我们可以使用传统的构造方式(使用圆括号),在新标准下,也可以使用列表初始化(使用花括号):
int *pi=new int(1024) ;//pi的对象的值为1024
string *ps=new string(10,'9') ; //vector有10个元素,值依次从0到9
vector<int> *pv=new vector<int>{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
也可以对动态的对象进行值初始化,只需在类型名之后根一对空括号即可:
string *ps1=new string; //默认初始化为空string
string *ps=new string(); //值初始化为空string
int *pi1=new int; //默认初始化:*pi1的值未定义
int *pi2=new int(); // 值初始化为0 *pi2为0
对于定义与自己的构造函数的类类型(例如string)来说,要求值初始化是没有意义的;不管采用什么形式,对象都会通过默认构造函数来初始化。但对于内置类型,两种形式的差别就很大了;值初始化的内置类型对象有着良好定义的值,而默认初始化的对象的值则是未定义的。类似的,对于类中那些依赖于编译器合成的默认构造函数的内置类型成员,如果它们未在类内被初始化,那么它们的值也是未定义的。
如果我们提供了一个括号包围的初始化器,就可以使用auto从此初始化器来推断我们想要分配的对象的类型。但是,由于编译器要用初始化器的类型来推断要分配的类型,只有当括号中仅有单一初始化器时才可以使用auto:
auto p1=new auto(obj) ; //p指向一个与obj类型相同的对象
auto p2=new auto(a,b,c) ; //错误:括号中只能有单个初始化器
p1的类型是一个指针,执行从obj自动推断的类型。若obj是一个int,那么p1就算int*;若obj是一个string,那么p1是一个string*;依次类推。新分配的对象用obj的值进行初始化。
动态分配的const对象
用new分配const对象是合法的:
//分配并初始化一个const int
const int *pci=new const int(1024);
//分配并默认初始化一个const的空string
const string *pcs=new const string;
类似其他任何const对象,一个动态分配的const对象必须进行初始化。对于一个定义了默认构造函数的类类型,其const动态对象可以隐式初始化,而其他类型的对象就必须显式初始化。由于分配的对象是const的,new 返回的指针是一个指向const的指针。
内存耗尽
虽然现代计算机通常都配备大容量内存,但是自由空间被耗尽的情况还是有可能发生。一旦一个程序用光了它所有可用的内存,new表达式就会失败,默认情况下,如果new不能分配所要求的内存空间,它就会抛出一个类型为bad_alloc的异常。我们可以改变使用new的方式来阻止它抛出异常:
//如果分配失败,new返回一个空指针
int *p1=new int ; //如果分配失败,new抛出std::bad_alloc
int *p2=new (nothrow) int ; //如果分配失败,new返回一个空指针
我们称这种形式的new为定位new。定位new表达式允许我们向new传递额外的参数,在此例中,我们传递给它一个由标准库定义的名为nothrow的对象。如果将nothrow传递给new,我们的意图是告诉它不能抛出异常。如果这种形式的new不能分配所需内存,它会返回一个空指针。bad_alloc和nothrow都定义在头文件new中。
释放动态内存
为了防止内存耗尽,在动态内存使用完毕后,必须将其归还给系统。我们通过delete表达式来将动态内存归还给系统。delete表达式接受一个指针,指向我们想要释放的对象:
delete p; // p必须指向一个动态分配的对象或是一个空指针
与new 类型类似,delete表达式也执行里那个个动作:销毁给定的指针指向的对象;释放对应的内存。
指针值和delete
我们传递给delete的指针必须指向动态分配的内存,或是一个空指针。释放一块并非new分配的内存,或者将相同的指针值释放多次,其行为都是未定义的:
int i,*pi1=&i,*pi2=nullptr;
double *pd=new double(33),*pd2=pd;
delete i; //错误,i不是一个指针
delete pi1; //未定义:pi1执行一个局部变量
delete pd; //正确
delete pd2; //未定义,pd2指向的内存已经被释放了
delete pi2; //正确:释放一个空指针总是没有错误的
对于delete i的请求,编译器会生成一个错误信息,因为它知道i不是一个指针。执行delete pi1和pd2所产生的错误则更具潜在危害:通常情况下,编译器不能分辨一个指针指向的是静态还是动态分配的对象。类似的,编译器也不能分辨一个指针所指向的内存是否已经被释放了。对于这些delete表达式,大多数编译器会编译通过,尽管它们是错误的。
虽然一个const对象的值不能被改变,但它本身是可以被销毁的,如同任何其他动态对象一样,想要释放一个const动态对象,只要delete窒息那个它的指针即可。
const int *pci=new const int(1024);
delete pci; //正确:释放一个从const对象
动态对象的生存期直到被释放时为止
由shared_ptr管理的内存在最后一个shared_ptr销毁时会被自动释放。但对于通过内置指针类型来管理的内存,就不是这样了。对于一个由内置指针管理的动态对象,知道被显示释放之前它都是存在的。
返回指向动态内存的指针(而不是智能指针)的函数给其调用者增加了一个额外负担——调用者必须记得释放内存:
//factory返回一个指针,指向一个动态分配的对象
Foo* factory(T arg)
{
//视情况处理arg
return new Foo(arg); //调用者负责释放此内存
}
类似我们之前定义的factory函数,这个版本的factory分配一个对象,但并不delete它。factory的调用者负责在不需要此对象时释放它。不幸的是,调用者经常忘记释放对象:
void use_factory(T arg)
{
Foo *p=factory(arg);
//使用p但不delete它
} //p离开了它的作用域,但它所指向的内存没有被释放
此外,use_factory函数调用factory,后者分配一个类型为Foo的新对象。当use_factory返回时,局部变量p被销毁,此变量是一个内置指针,而不是一个智能指针。
与类类型不同,内置类型的对象被销毁时什么也不会发生。特别是,当一个指针离开其作用域时,它所指的对象什么也不会发生。如果这个指针指向的是动态内存,那么内存将不会被自动释放。
注意:由内置指针(而不是智能指针)管理的动态内存在被显式释放前一直都会存在。
在本例中,p是指向factory分配的内存的唯一指针。一旦use_factory返回,程序就没有办法释放这块内存了。根据整个程序的逻辑,修正这个错误的正确方法是在use_factory中记得要释放内存:
void use_factory(T arg)
{
Foo *p=factory(arg);
//使用p
delete p ; //现在记得释放内存,我们已经不需要它了
}
还有一种可能,我们的系统中的其他代码要使用use_factory所分配的对象,我们就应该修改此函数,让他返回一个指针,指向它分配的内存:
Foo* use_factory(T arg)
{
Foo *p=factory(arg);
//使用p
return p; //调用者必须释放内存
}
小心:动态内存的管理非常容易出错
使用new和delete管理动态内存存在三个常见问题:
1 忘记delete内存。忘记释放动态内存会导致人们常说的“内存泄漏”问题,因为这种内存不可能被归还给自由空间了。查找内存泄漏错误是非常困难的,因为通常应用程序运行很长时间后,真正耗尽内存时,才能检测到这种错误。
2 使用以及释放掉的对象,通过在释放内存后将指针置为空,有时可以检测出这种错误
3 同一块内存被释放两次,当有来年刚给指针指向相同的动态分配对象时,可能发生这种错误。如果对其中一个指针进行了delete操作,对象的内存就被归还给自由空间了,如果我们随后又delete第一个指针,自由空间就可能会被破坏。
相对于查找和修正这种错误来源,制造出这些错误要简单很多。
坚持只使用智能指针,就可以避免所有这些问题。对于一块内存,只有在没有任何只能智能指针指向它的情况下,智能指针才会自动释放它。
delete之后重置指针值。。。。
当我们delete一个指针后,指针值就变为无效了。虽然指针已经无效,但在很多机器上指针仍然保存着(已经释放了的)动态内存的地址。在delete之后,指针就变成了人们所说的空悬指针,即,指向一块层级保存数据对象但现在以及无效的内存的指针。
为初始化指针的所有确定空悬指针也都有,有一种方法可以避免空悬指针的问题;在指针即将要离开其作用域之前释放掉它所关联的内存。这样在指针关联的内存被释放掉之后,就没有机会继续使用指针了。如果我们需要保留指针,可以在delete之后将nullptr赋予指针,这样就清楚地指出指针不指向任何对象。
这只是提供了有限的保护
动态内存的一个基本问题是可能有多个指针指向相同的内存,在delete内存之后重置指针的方法只对这个指针有效,对其他任何指向(已释放的)内存的指针是没有作用的。例如:
int *p(new int (42)); //p指向动态内存
auto q=p; //p和q指向相同的内存
delete p; //p和q均变为无效
p=nullptr; //指出p不再绑定到任何对象
本例中p和q指向相同的动态分配的对象。我们delete此内存,然后将p置为nullptr指出它不再指向任何对象,但是,重置p对q没有任何作用,在我们释放p所指向的(同时也是q所指向的)内存时,q也变为无效了。