【C++】new和delete表达式与内存管理

　　new和delete表达式可以用来动态创建和释放单个对象，也可以用来动态创建和释放动态数组。

　　定义变量时，必须指定其数据类型和名字。而动态创建对象时，只需指定其数据类型，而不必为该对象命名。new表达式返回指向新创建对象的指针，我们通过该指针访问对象:

1 int i; //named, uninitizlized int variable
2 int *pi = new int; //pi points to dynamically allocated unnamed int

　　这个new表达式在堆内分配创建了一个整形对象，并返回对象的地址，并用该地址初始化指针pi。

　　 如果new失败，抛出标准异常std::bad_alloc异常。

　　1. 动态创建对象的初始化

　　　动态创建的对象可以初始化变量的方式实现初始化：

1 int i(1024); //value of i is 1024
2 int *pi = new int(2014); //object to which pi is 1024
3 string s(10,'9'); //value of s is '9999999999'
4 string *ps = new string(10, '9'); //*ps is '9999999999'

C++使用值初始化的方式语法规则初始化动态创建的对象。如果提供了初值，new表达式分配到所需要内存后，用给定的初值初始化该内存。

　　2. 动态创建对象的默认初始化

　　　如果不显式初始化。动态创建的对象与在函数内定义的变量初始化方式相同。对于类类型对象，用该类的默认构造函数初始化；而内置类型的对象则无初始化

1 string *ps = new string; //initialized to empty string
2 int *pi = new int; //pi points to uninitialized int

　　　正如我们几乎总要初始化定义为变量的对象一样，在动态创建对象时，（几乎）总是对它做初始化也是一个好方法。

　　　同样也可以对动态创建的对象做值初始化，规则是：对于类类型对象，调用该类的默认构造函数；内置类型初始化为0；

1 string *ps = new string() //initialized to empty string
2 int *pi = new int(); //pi points to int value-initialized to 0
3 cls *ps = new cls(); //pc points to value-initialized object of type cls

　　　可以看出，对于类类型的对象，无论程序是明确地不初始化还是要求进行初始化，都会自动调用其默认构造函数初始化该对象。而对于内置类型或没有定义默认构造函数的类型，采用不同初始化方式则有明显的差别：

1 int *pi = new int; //pi points to uninitialized int
2 int *pi = new int(); //pi points to an int value-initialized to 0

第一个语句的int型变量没有初始化，而第二个语句的int型变量初始化为0。

　　3. 撤销动态创建的对象

　　　动态创建的对象用完后，程序员必须显式地将对象占用的内存返回给堆。C++提供了delete表达式释放指针所指向的地址空间

　　　 delete pi; //该命令释放pi指向的int型对象所占用的空间，指针本身仍然存在，只是内存空间被回收。

　　　 如果指针指向的不是new分配的内存地址，则该指针上使用delete是不合法的。例如，

　　　 int i ;

　　　 int *pi = &i;

　　 delete pi;

　　　上述语句是错误的，i是分配在栈上，栈上的内存不需也不能调用delete删除。

　　4. 零值指针的删除

　　　如果指针的值为0，则在其上做delete操作是合法的，但这样做没有任何意义：

1 int *ip = 0;
2 delete pi; //ok: always ok to delete a pointer that is equal to 0

　　5. 在delete之后，重设指针的值

　　　执行语句 delete p; 后，p变成没有定义。在很多机器上，尽管p没有定义，但仍然存放了它之前所指向对象的地址，然而p所指向的内存已经释放，因此p不再有效。

　　　删除指针后，该指针编程悬垂指针。悬垂指针指向曾经存放对象的内存，但该对象已经不存在了。悬垂指针往往导致程序错误，而且很检测出来。

　　　 一旦删除了指针指向的对象，立即将指针置为0，这样就非常清楚地表明指针不再指向任何对象。

　　6.动态内存的管理、

　　（1）删除指向动态分配内存的指针失败，因为无法将该块内存返回给自由存储区，删除动态分配内存失败称为“内存泄露”。内存泄露很难发现，一般需要等应用程序运行一段时间后，耗尽了所有内存空间时，内存泄露才会显露出来。

　　（2）读写已删除的对象，如果删除指针所指向的对象之后，将指针置为0，则比较容易检测出这类错误。、

　　（3）对同一内存空间使用两次delete表达式。当两个指针指向同一个动态创建的对象，删除就会发生错误，如果在其中一个指针上做delete运算，则该对象的内存空间返回给自由存储区，然后接着delete第二个指针，此时则自由存储区可能被破坏。

　　7. new和delete的底层原理

　　　当你使用new时，有两件事情发生。第一，内存被分配出来（通过operator new的函数）。第二，针对此内存会有一个（或更多）构造函数被调用。

　　　　当你使用delete时，也有两件事情发生：针对此内存会有一个（或更多）的析构函数被调用，然后内存才能被释放（通过名为：operator delete的函数）。

创建动态数组：

　　数组类型的变量有三个变量的限制：数组长度固定不变，在编译时必须知道其长度，数组在定义它的块语句内存在。　　

　　1. 动态数组的定义

　　　　 new表达式需要指定指针类型以及在方括号中给出的数组维数，该维数可以是任意的复杂表达式。创建数组后，new 将返回指向数组第一个元素的指针。在堆中创建的数组对象时没有名字的，程序员只能通过其间接地访问堆中的对象。

　　　　 int *pia = new int[10];、

　　　2. 初始化动态分配的数组

　　　　动态分配时，如果数组元素具有类类型，将使用该类型的默认构造函数实现初始化；如果数组元素是内置类型，则无初始化。也可使用跟在数组长度后面的一对空括号，对数组元素做值初始化：

　　　　int *pia2 = new int[10](); //array of 10 uninitialized ints

　　　　圆括号要求编译器对数组做值初始化，在本例中即把数组元素都设置为0。

　　　　对于动态分配的数组，其元素只能初始化为元素类型的默认值，而不能像数组变量一样，用初始化列表为数组元素提供各不相同的初值。

　　　　
　　　3. 动态空间的释放

　　　　动态分配的空间必须释放，否则，内存最终将会被耗尽。如果不再需要使用动态创建的数组，程序员必须显式地将其占用的存储空间返回给程序的堆区。C++语言为指针提供了delete[] 表达式释放指针所指向的数组空间：

　　　　delete []pia;

　　　　该语句回收了pia所指向的数组，把相应的内存返回给堆。在关键字delete和指针之间的方括号是必不可少的；它告诉编译器该指针指向的是堆区的数组，而并非是单个对象。

　　　　理论上，回收数组时缺少方括号对，至少会导致运行时少释放了内存空间，从而产生内存泄露。对于某些系统或元素类型，有可能会带来更严重的运行时错误。因此，在释放动态内存时千万不能忘了方括号对

　　　　更多解释详见《Effective C++》条款16。

　　malloc/free和new/delete的区别：

　　1) malloc和free是C/C++语言的标准库函数，new/delete是C++的运算符。

　　2) malloc/free需要库文件支持，new/delete不需要。

　　3) new自动计算需要分配空间的大小，malloc需要手工计算字节数

　　4）new是类型安全的，而malloc不是，比如：

int* p = new float[2]; //编译时指出错误
int* p = (int*)malloc(2*sizeof(double)); //编译时无法指出错误

　　5）new调用operator new分配足够的空间，并调用相关对象的构造函数，而malloc不能调用构造函数；delete将调用该实例的析构函数，然后调用类的operator delete，以释放该实例占用的空间，而free不能调用析构函数。