动态对象

new 和 delete

new 和 delete 可用于动态创建和释放对象。

动态对象

定义

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。取而代之的是，new 表达式返回指向新创建对象的指针，我们通过该指针来访问此对象：

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

这个 new 表达式在自由存储区中分配创建了一个整型对象，并返回此对象的地址，并用该地址初始化指针 pi。

初始化

直接初始化

动态创建的对象可用初始化变量的方式实现初始化：

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int i(1024);              // value of i is 1024     
int *pi = new int(1024);  // object to which pi points is 1024 
string s(10, '9');                   // value of s is "9999999999" 
string *ps = new string(10, '9');    // *ps is "9999999999"

默认初始化

如果不提供显式初始化，动态创建的对象与在函数内定义的变量初始化方式相同。对于类类型的对象，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。

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

通常，除了对其赋值之外，对未初始化的对象所关联的值的任何使用都是没有定义的。

值初始化

同样也可对动态创建的对象做值初始化（value-initialize）：

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

对于提供了默认构造函数的类类型（例如 string），没有必要对其对象进行值初始化：无论程序是明确地不初始化还是要求进行值初始化，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显著的差别：

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int *pi = new int;         // pi points to an uninitialized int
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 型变量则被初始化为 0。

释放

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

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delete pi; 

该命令释放 pi 指向的 int 型对象所占用的内存空间。

C++ 没有明确定义如何释放指向不是用 new 分配的内存地址的指针。下面提供了一些安全的和不安全的 delete expressions 表达式。

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int i;
int *pi = &i; 
string str = "dwarves"; 
double *pd = new double(33); 
delete str; // error: str is not a dynamic object 
delete pi;  // error: pi refers to a local 
delete pd;  // ok 

值得注意的是：编译器可能会拒绝编译 str 的 delete 语句。编译器知道 str 并不是一个指针，因此会在编译时就能检查出这个错误。第二个错误则比较隐蔽：通常来说，编译器不能断定一个指针指向什么类型的对象，因此尽管这个语句是错误的，但在大部分编译器上仍能通过。

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：

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

C++ 保证：删除 0 值的指针是安全的（见 《Effective C++》 条款8）。

悬垂指针

执行语句

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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 所指向的内存已经被释放，因此 p 不再有效。 删除指针后，该指针变成 悬垂指针 。悬垂指针指向曾经存放对象的内存，但该对象已经不再存在了。悬垂指针往往导致程序错误，而且很难检测出来。

const 对象的动态分配和回收

创建

C++ 允许动态创建 const 对象：

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// allocate and initialize a const object 
const int *pci = new const int(1024); 

与其他常量一样，动态创建的 const 对象必须在创建时初始化，并且一经初始化，其值就不能再修改。上述 new 表达式返回指向 int 型 const 对象的指针。与其他 const 对象的地址一样，由于 new 返回的地址上存放的是 const 对象，因此该地址只能赋给指向 const 的指针。

对于类类型的 const 动态对象，如果该类提供了默认的构造函数，则此对象可隐式初始化：

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// allocate default initialized const empty string 
const string *pcs = new const string;

new 表达式没有显式初始化 pcs 所指向的对象，而是隐式地将 pcs 所指向的对象初始化为空的 string 对象。内置类型对象或未提供默认构造函数的类类型对象必须显式初始化。

回收

尽管程序员不能改变 const 对象的值，但可撤销对象本身。如同其他动态对象一样， const 动态对象也是使用删除指针来释放的：

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delete pci; // ok: deletes a const object 

即使 delete 表达式的操作数是指向 int 型 const 对象的指针，该语句同样有效地回收 pci 所指向的内容。

警告：动态内存的管理容易出错

下面三种常见的程序错误都与动态内存分配相关：

1. 删除（delete）指向动态分配内存的指针失败，因而无法将该块内存返还给自由存储区。删除动态分配内存失败称为“内存泄漏（memory leak）”。内存泄漏很难发现，一般需等应用程序运行了一段时间后，耗尽了所有内存空间时，内存泄漏才会显露出来。
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 值，则比较容易检测出这类错误。
3. 对同一个内存空间使用两次 delete 表达式。当两个指针指向同一个动态创建的对象，删除时就会发生错误。如果在其中一个指针上做 delete 运算，将该对象的内存空间返还给自由存储区，然后接着 delete 第二个指针，此时则自由存储区可能会被破坏。

动态数组

数组类型的变量有三个重要的限制：数组长度固定不变，在编译时必须知道其长度，数组只在定义它的块语句内存在。实际的程序往往不能忍受这样的限制——它们需要在运行时动态地分配数组。虽然数组长度是固定的，但 动态分配的数组不必在编译时知道其长度，可以（通常也是）在运行时才确定数组长度 。与数组变量不同，动态分配的数组将一直存在，直到程序显式释放它为止。

定义

动态分配数组时，只需指定 类型 和 数组长度 ，不必为数组对象命名，new 表达式返回指向新分配数组的第一个元素的指针：

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int *pia = new int[10]; // array of 10 uninitialized ints 

此 new 表达式分配了一个含有 10 个 int 型元素的数组，并返回指向该数组第一个元素的指针，此返回值初始化了指针 pia。

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。在自由存储区中创建的数组对象是没有名字的，程序员只能通过其地址间接地访问堆中的对象。

初始化

默认初始化

动态分配数组时，如果数组元素具有类类型，将使用该类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：

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string *psa = new string[10]; // array of 10 empty strings 
int *pia = new int[10];       // array of 10 uninitialized ints

这两个 new 表达式都分配了含有 10 个对象的数组。其中第一个数组是 string 类型，分配了保存对象的内存空间后，将调用 string 类型的默认构造函数依次初始化数组中的每个元素。第二个数组则具有内置类型的元素，分配了存储 10 个 int 对象的内存空间，但这些元素没有初始化。

值初始化

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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。

使用

之所以要动态分配数组，往往是由于编译时并不知道数组的长度。我们可以编写如下代码

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#include <iostream>

using namespace std;

int main(void)
{
    int i, n;
    cout << "Nums to be input: " << endl;
    cin >> n; 
    int *p = new int[n];

    cout << "Input nums: " << endl;
    for (i = 0; i < n; i++)
        cin >> p[i];

    cout << "Nums you input: " << endl;
    for (i = 0; i < n; i++)
        cout << p[i] << " ";
}

计算数组长度，然后创建和处理该数组。

再比如，在程序执行过程中，常常使用 char * 指针指向多个 C 风格字符串，于是必须根据每个字符串的长度实时地动态分配存储空间。采用这种技术要比建立固定大小的数组安全。如果程序员能够准确计算出运行时需要的数组长度，就不必再担心因数组变量具有固定的长度而造成的溢出问题。

假设有以下 C 风格字符串：

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const char *noerr = "success"; 
// ... 
const char *err189 = "Error: a function declaration must " 
                     "specify a function return type!"; 

我们想在运行时把这两个字符串中的一个复制给新的字符数组，于是可以用以下程序在运行时计算维数：

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const char *errorTxt; 
if (errorFound) 
  errorTxt = err189; 
 else 
   errorTxt = noerr; 
// remember the 1 for the terminating null 
int dimension = strlen(errorTxt) + 1; 
char *errMsg = new char[dimension]; 
// copy the text for the error into errMsg 
strncpy (errMsg, errorTxt, dimension);     

空数组

C++ 虽然不允许定义长度为 0 的数组变量，但明确指出，调用 new 动态创建长度为 0 的数组是合法的：

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char arr[0];            // error: cannot define zero-length array 
char *cp = new char[0]; // ok: but cp can't be dereferenced

用 new 动态创建长度为 0 的数组时，new 返回有效的非零指针。该指针与 new 返回的其他指针不同，不能进行解引用操作，因为它毕竟没有指向任何元素。而允许的操作包括：

1. 比较运算，因此该指针能在循环中使用；
2. 在该指针上加（减）0；
3. 减去本身，得 0 值。

在上述例题中，如果 get~size~ 返回 0，则仍然可以成功调用 new，但是 p 并没有指向任何对象，数组是空的。因为 n 为 0，所以 for 循环实际比较的是 p 和 q，而 q 是用 p 初始化的，两者具有相等的值，因此 for 循环条件不成立，循环体一次都没有执行。

释放

动态分配的内存最后必须进行释放，否则，内存最终将会逐渐耗尽。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还给程序的自由存储区。C++ 语言为指针提供 delete [] 表达式释放指针所指向的数组空间：

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delete [] pia;

该语句回收了 pia 所指向的数组，把相应的内存返还给自由存储区。在关键字 delete 和指针之间的空方括号对是必不可少的：它告诉编译器该指针指向的是自由存储区中的数组，而并非单个对象（详见 《Effective C++》 条款5）。如果遗漏了空方括号对，这是一个编译器无法发现的错误，将导致程序在运行时出错。

理论上，回收数组时缺少空方括号对，至少会导致运行时少释放了内存空间，从而产生内存泄漏（memory leak）。对于某些系统和/或元素类型，有可能会带来更严重的运行时错误。因此，在释放动态数组时千万别忘了方括号对。

const 对象的动态数组

如果我们在自由存储区中创建的数组存储了内置类型的 const 对象，则必须为这个数组提供初始化：因为数组元素都是 const 对象，无法赋值。实现这个要求的唯一方法是对数组做值初始化：

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// error: uninitialized const array 
const int *pci_bad = new const int[100]; 
// ok: value-initialized const array 
const int *pci_ok = new const int[100](); 

C++ 允许定义类类型的 const 数组，但该类类型必须提供默认构造函数：

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// ok: array of 100 empty strings 
const string *pcs = new const string[100];

在这里，将使用 string 类的默认构造函数初始化数组元素。当然，已创建的常量元素不允许修改——因此这样的数组实际上用处不大。