C++动态内存new和delete

C++动态内存是C++灵活、炫酷的一种操作。学好它，能让自己编程逼格上一个level。

在学习动态内存之前，我们先要了解C++是怎么划分内存的：

栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。栈是由编译器自动分配和释放的，由系统分配。
堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。大名鼎鼎的GC(Garbage Collection)垃圾回收机制在堆内存上进行的。

这里的栈和堆和数据结构中的栈和堆不是一个概念，不要搞混。内存在物理上其实都是相同的，所以可以说，栈内存和堆内存是系统抽象出来的。

栈本身的空间很小，但是读取速度很快，仅次于寄存器读取。栈上的变量在函数（方法）执行完后，就会被回收。

堆是程序运行过程中，程序自己向系统申请的，申请和销毁都需要时间，堆内存分配存储会花更多时间。所以堆的效率明显低于栈。但是堆的优点在于，编译器不必知道要从堆里分配多少内存空间，也不必知道存储的数据要在堆里停留多长的时间，因此用堆保存数据时会得到更大的灵活性。

那么看到这里，再结合今天的标题，我们可以知道，C++动态内存就是向系统申请堆内存，我们使用new运算符申请，系统将返回所分配的堆内存的地址（这句话很重要）。如果不再需要这块动态分配的内存空间，可以（必须）使用delete运算符，删除之前分配的内存。

具体实现

下面是使用 new 运算符来为任意的数据类型动态分配内存的通用语法：

new data-type;

在这里，data-type 可以是包括数组在内的任意内置的数据类型，也可以是包括类或结构在内的用户自定义的任何数据类型。光分配不行啊，我们还要对这个数据进行操作啊，如下。

假设我们有一个指向int类型的指针，申请内存如下：

int* p = NULL; // 初始化指针，指向空

p = new int; // 为变量请求内存

这里，就可以看出我之前加粗的话的作用了，new返回的是申请分配的堆内存的地址。所以我们在动态内存中，不同于以往要么直接对变量操作、要么利用引用操作，我们都是通过指针来获取地址，在“地址层”对数据进行访问。

此后，你便可以利用p指针来操作堆内存里的数据了。

// ...略

int main(){

    int* p = new int;

    *p = 520;

    cout << "Value of p is: " << *p << endl;

    delete p;

    return 0;

}

事实上，new不仅分配了内存，还创建了对象。（可以参考其他语言的内存分配，尤其是Java）

如果我们不再需要使用这个动态分配的内存时，务必要用delete运算符释放它占用的内存，不然会造成十分严重的内存泄漏问题。也就是说new和delete必须配对使用。

delete p; // 删除具体的指针

这里再多说一句，delete的操作，是删除了p所指的目标，释放了它所占的堆空间，而不是删除p本身（指针p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，指针p的真正释放是随着函数调用的结束而消失），释放堆空间后，p成了"空指针"。如果我们在delete p后没有进行指针p的制空（p=NULL)的话，其实指针p这时会成为野指针，为了使用的安全，我们一般在delete p之后还会加上p=NULL这一语句。

所以我们在数据结构中，经常会看见这样的操作：

temp = p;  // temp和p指向同一块堆内存

p = p->right;  // p指向别的内存

delete temp;  // 删除最初p指向的那块堆内存的数据

数组的动态内存分配

基本数据类型的动态内存分配是很简单很少用的，动态内存更多用在数组、对象的分配上，这里我们先说数组。

假设我有n个苹果，每个苹果的质量不同，要存进数组里，我可能会这么写：

int n = 0;

cin >> n;

int apples[n];

乍一看一点问题没有，但是编译器是不会通过的。我们只能通过动态内存来对未知大小的数组分配空间。

int n;

cin >> n;

int* p = NULL;  // 初始化指针

p = new int[n];  // 为变量p申请内存

这样就一点问题都没有了。如果要删除，则

delete [] p;	// 删除p指向的数组

注意一下删除的格式，有点奇怪。下面拿一维数组举例子：

int* array = new int[n];

for (int i = 0; i < n; i++){

    cin >> array[i];  // 注意不是 *array[i]!!!

    // 或者 cin >> *(array + i);

}

delete [] array;

这里很多人问为什么不是*array[i]，应该是把里面的值取出来啊！其实不是，详情可以参见指针与数组的关系。

这里简单说下，大家都知道数组名是数组的首地址，如果有int a[10];，我们甚至可以分开理解，就把a看成是这个数组的指针。数组a[2]是取出第三个元素，那么指向数组的指针p同样也是p[2]取出。所以很多时候指针和数组是等同的。

但是，数组作为数组还是有其尊严的。数组的首地址是不可以改变的！上述例子，如果我想通过移动array来操作动态内存中的数组是绝对不可以的，详见数组的禁忌。所以单纯指向数组的指针ptr，我们可以用ptr++这种操作来实现指针在数组内的游走。但是绝对不可以直接移动数组名这种方式来操作。所以动态内存分配的数组，并不像栈中的数组一样有“实形”，它的地址就是它的本身。所以上述例子中，严禁用改变array的方式来操作动态分配的数组。这样导致了数组首地址的改变。

同时值得说一句，动态数组，如果不进行计数或者开始就知道大小，没有很好的办法知道数组的长度。

对象的动态内存分配

有过其他面向对象语言学习的都知道对象的创建用到了new，如Java的对象创建大致如下。

Animal tiger = new Animal();

现在我们知道了，因为Java的GC机制，tiger这个对象是被创建在堆上的。我们甚至可以说，Java没有栈上的对象。而C++不一样，C++是支持栈上的对象的。我们现在为了防止对象被销毁，需要在堆上创建对象，便采取动态内存。

Animal* p = NULL; // 创建指向Animal类的指针

p = new Animal;  // p赋予了新建对象的起始地址

当然，我们也可以调用类的构造函数来创立对象。

Animal* p = new Animal();  // 没有传入参数的构造函数

Animal* p = new Animal("Tiger");  // 传入了参数的构造函数

由于C++没有垃圾回收机制，我们必须在不使用改对象时，删除它。（这下你理解了为什么大家都说C#，Java是自动挡，C++是手动挡车了）

delete p; // 会调用类的析构函数