C++中用于动态内存的new和delete操作符

C/ C++中的动态内存分配是指由程序员手动执行内存分配。动态内存分配是在堆上进行，非静态变量和局部变量在栈上分配内存。

1、动态分配内存的应用

• 动态分配内存的一种用途是分配可变大小的内存，这对于编译器分配的内存来说是不可能的，除非是可变长度的数组。
• 最重要的用途是提供给程序员的灵活性。无论何时需要或不再需要，我们都可以自由地分配和释放内存。这种灵活性在很多情况下都很有用。例子有链表、树等。

2、动态分配内存与分配给普通变量的内存有什么不同?

普通变量 int a，char str[10] 等的内存是自动分配和释放的。对于像“int *p = new int[10]”这样动态分配的内存，当不再需要内存时，释放内存是程序员的责任。如果程序员不释放内存，就会导致内存泄漏（直到程序终止才释放内存）。

3、C++ 中如何分配/释放内存

C语言使用 malloc() 和 calloc() 函数在运行时动态分配内存，使用 free() 函数释放动态分配的内存。C++ 除了支持这些函数，还提供了 new 和 delete 两个操作符，可以更好、更简单地分配和释放内存。

4、new 操作符

new操作符表示在空闲存储区（Free Store）上分配内存的请求。如果有足够的内存可用，new运算符会初始化内存，并将新分配的已经初始化的内存的地址返回给指针变量。

4.1 使用new的语法

pointer-variable = new data-type;

这里的指针变量是data-type类型的指针。数据类型可以是任何内置数据类型(包括数组)，也可以是任何用户定义数据类型(包括结构体和类)。

例子：

// Pointer initialized with NULL
// Then request memory for the variable
int *p = NULL; 
p = new int;   OR// Combine declaration of pointer 
// and their assignment
int *p = new int; 

4.2 初始化内存

也可以使用new操作符初始化内置数据类型的内存。对于自定义数据类型，需要一个构造函数(输入数据类型)来初始化值。下面是这两种数据类型初始化的例子:

语法：

pointer-variable = new data-type(value);

例子：

int* p = new int(25);
float* q = new float(75.25);// Custom data type
struct cust
{int p;cust(int q) : p(q) {}cust() = default;//cust& operator=(const cust& that) = default;
};int main()
{// Works fine, doesn’t require constructorcust* var1 = new cust;//OR// Works fine, doesn’t require constructorvar1 = new cust();// Notice error if you comment this linecust* var = new cust(25);return 0;
}

4.3 分配内存块

还可以使用new运算符来分配一个类型为data type 的内存块（一个数组）

语法：

pointer-variable = new data-type[size];

其中 size（变量） 指定了数组中元素的个数。

例子：

int *p = new int[10]

动态地为连续10个 int 类型的整数分配内存，返回一个指向数组的第一个元素的指针，该元素被赋值为 p（指针）。p[0] 表示第1个元素，p[1] 表示第2个元素，以此类推。

4.4 普通数组声明 Vs 使用new

普通数组声明和使用 new 分配内存块是有区别的。最重要的区别是，普通数组是由编译器释放内存的（如果数组是局部的，那么函数返回或完成时释放）。但是，动态分配内存的数组只有当程序员释放或程序终止时才会释放，否则就一直占用该内存。

4.5 如果运行时没有足够内存可用怎么办？

如果堆中没有足够内存可供分配，new 操作就会通过抛出一个 类型为std::bad_alloc 异常来表示失败，除非 new 操作符使用了 “nothrow”，这种情况下它会返回一个 NULL 指针。因此，在使用 new 创建的指针前最好先进行检查。

int *p = new(nothrow) int;
if (!p)
{cout << "Memory allocation failed\n";
}

5、delete 操作符

因为释放动态分配的内存是程序员的责任，所以C++语言为程序员提供了 delete 操作符。

语法：

// Release memory pointed by pointer-variable
delete pointer-variable;  

此处的指针变量指向的是由 new 创建的数据对象。

例子：

delete p;
delete q;

要释放指针变量指向的动态分配内存的数组，可以使用以下形式的delete：

// Release block of memory 
// pointed by pointer-variable
delete[] pointer-variable;  Example:// It will free the entire array// pointed by p.delete[] p;

完整例子源码：

// C++ program to illustrate dynamic allocation
// and deallocation of memory using new and delete
#include <iostream>
using namespace std;int main ()
{// Pointer initialization to nullint* p = NULL;// Request memory for the variable// using new operatorp = new(nothrow) int;if (!p)cout << "allocation of memory failed\n";else{// Store value at allocated address*p = 29;cout << "Value of p: " << *p << endl;}// Request block of memory// using new operatorfloat *r = new float(75.25);cout << "Value of r: " << *r << endl;// Request block of memory of size nint n = 5;int *q = new(nothrow) int[n];if (!q)cout << "allocation of memory failed\n";else{for (int i = 0; i < n; i++)q[i] = i+1;cout << "Value store in block of memory: ";for (int i = 0; i < n; i++)cout << q[i] << " ";}// freed the allocated memorydelete p;delete r;// freed the block of allocated memorydelete[] q;return 0;
}

输出：

Value of p: 29
Value of r: 75.25
Value store in block of memory: 1 2 3 4 5 

时间复杂度：$O(n)$，$n$给定的内存大小。

注意：

• delete 可以释放空指针

int *ptr = NULL;
//Work fine!
delete ptr; 

• 同一个指针不能使用两次delete，这是未定义行为

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int *ptr = new int;delete ptr;//为同一个指针调用两次delete是未定义的行为，任何情况都可能发生，程序可能会crash也可能没有任何问题delete ptr;return 0;
}

翻译自文章 new and delete Operators in C++ For Dynamic Memory