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1、第七章 动态内存分配与数据结构,本章首先介绍程序运行时动态内存分配（dynamic memory allocation）的概念与方法。进一步讨论复制构造函数.,然后学习更多有关数据结构的基本知识，包括链表，栈，队，二叉树等的基本算法和应用。模板是标准C+实现代码复用的有力工具，特别是有关数据结构的算法，本章继续使用。,7.1自由存储区内存分配,7.4二叉树 （选读）,7.3 栈与队列的基本操作及其应用,7.2 链表与链表的基本操作,第七章 动态内存分配与数据结构,7.1自由存储区内存分配,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,7.1.2自由存储区对象与构造函数,7.1.3 浅复制与深复制,静态
2、存储分配：通常定义变量(或对象)，编译器在编译时都可以根据该变量(或对象)的类型知道所需内存空间的大小，从而系统在适当的时候为它们分配确定的存储空间。动态存储分配：有些操作对象只有在程序运行时才能确定，这样编译器在编译时就无法为他们预定存储空间，只能在程序运行时，系统根据运行时的要求进行内存分配，称为动态存储分配。动态分配都在自由存储区中进行。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,当程序运行到需要一个动态分配的变量或对象时，必须向系统申请取得自由存储区中的一块所需大小的存贮空间，用于存贮该变量或对象。当不再使用该变量或对象时，也就是它的生命结束时，要显式释放它所占用的存贮空间，这样系统就能进
3、行再次分配，做到重复使用有限的资源。,申请和释放自由存储区中分配的存贮空间，分别使用new和delete的两个运算符来完成，其使用的格式如下：指针变量名=new 类型名(初始化式)；delete 指针名;new运算符返回的是一个指向所分配类型变量（对象）的指针。对所创建的变量或对象，都是通过该指针来间接操作的，而动态创建的对象本身没有名字。,动态分配与释放：,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,一般定义变量和对象时要用标识符命名，称命名对象，而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别，两者完全不同：生命期不同，操作方法不同，临时变量对程序员是透明的)。自由存储区是不会自动在分配时做初
4、始化的（包括清零），所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。,new表达式的操作：从自由存储区分配对象，然后用括号中的值初始化该对象。分配对象时，new表达式调用库操作符new()： int *pi=new int(0);pi现在所指向的变量的存储空间是由库操作符new()分配的，位于程序的自由存储区中，并且该对象未命名。,无名对象：,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,自由存储区,i,演示：用初始化式(initializer)来显式初始化 int *pi=new int(0);当pi生命周期结束时，必须释放pi所指向的目标： delete pi;注意这时释放了pi所指的目
5、标的内存空间，也就是撤销了该目标，称动态内存释放（dynamic memory deallocation），但指针pi本身并没有撤销，该指针所占内存空间并未释放。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,数组动态分配格式：指针变量名=new 类型名下标表达式;Delete 指向该数组的指针变量名;说明：两式中的方括号必须配对使用。如果delete语句中少了方括号，因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的指针，会产生回收不彻底的问题（只回收了第一个元素所占空间），加了方括号后就转化为指向数组的指针，回收整个数组。 delete 的方括号中不需要填数组元素数，系统自知。即使写了，编译器也忽略。 请注
6、意“下标表达式”不是常量表达式，即它的值不必在编译时确定，可以在运行时确定。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,动态分配数组与标准字符串类：,标准字符串类string就是采用动态建立数组的方式解决数组溢出的问题的，例7.1所做的动态内存分配与释放，在string类对象中都是自动完成的，在程序中不需要也不允许再显式地为string进行动态内存的分配与释放。,【例7.1】动态数组的建立与撤销,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,动态分配数组的特点：,1. 变量n在编译时没有确定的值，而是在运行中输入，按运行时所需分配空间，这一点是动态分配的优点，可克服数组“大开小用”的弊端，在表、排序与查找
7、中的算法，若用动态数组，通用性更佳。delete pc是将n个字符的空间释放，而用delete pc则只释放了一个字符的空间；,2. 如果有char *pc1，令pc1=pc，同样可用delete pc1 来释放该空间。尽管C+不对数组作边界检查，但在自由 存储区 空间分配时，对数组分配空间大小是纪录在案的。,3. 没有初始化式（initializer），不可对数组初始化。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放（选读）,多维数组动态分配：new 类型名下标表达式1 下标表达式2;建立一个动态三维数组float (*cp)3020 ; /指向一个30行20列数组的指针cp=new float 1
8、5 30 20; /建立由15个30*20数组组成的数组；注意cp等效于三维数组名，但没有指出其边界，即最高维的元素数量，就像指向字符的指针即等效一个字符串,不要把指向字符的指针，说成指向字符串的指针。这与数组的嵌套定义相一致。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放（选读）,比较：float(*cp) 30 20; /三级指针float (*bp) 20; /二级指针cp=new float 1 30 20;bp=new float 30 20;两个数组都是由600个浮点数组成，前者是只有一个元素的三维数组，每个元素为30行20列的二维数组，而另一个是有30个元素的二维数组，每个元素为20个元
9、素的一维数组。删除这两个动态数组可用下式：delete cp; /删除（释放）三维数组delete bp; /删除（释放）二维数组,【例7.2】 动态创建和删除一个m*n个元素的数组,7.1.1自由存储区的分配与释放,指针使用的要点：1. 动态分配失败。返回一个空指针（NULL），表示发生了异常，堆资源不足，分配失败。,指针删除与自由存储区空间释放。删除一个指针p（delete p;）实际意思是删除了p所指的目标（变量或对象等），释放了它所占的自由存储区空间，而不是删除本身，释放自由存储区空间后，成了空悬指针。空悬指针是程序错误的一个根源）。建议这时将置空（NULL）。,3. new()和de
10、lete()是可以重载的，它们都是类的静态成员函数。程序员无需显式声明它为静态的，系统自动定义为静态的。本教材不讨论new()和delete()的重载。未重载时，调用全局库操作符new()。,7.1.1自由存储区内存的分配与释放,4内存泄漏（memory leak）和重复释放。new与delete 是配对使用的， delete只能释放自由存储区空间。如果new返回的指针值丢失，则所分配的自由存储区空间无法回收，称内存泄漏，同一空间重复释放也是危险的，因为该空间可能已另分配，所以必须妥善保存new返回的指针，以保证不发生内存泄漏，也必须保证不会重复释放自由存储区内存空间。,5动态分配的变量或对象
11、的生命期。无名对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，比如在函数中建立的动态对象在函数返回后仍可使用。但必须记住释放该对象所占自由存储区空间，并只能释放一次，在函数内建立，而在函数外释放是一件很容易失控的事，往往会出错。,7.1.2自由存储区对象与构造函数,类对象动态建立与删除过程：通过new建立的对象要调用构造函数，通过delete删除对象也要调用析构函数。CGoods *pc;pc=new CGoods; /分配自由存储区空间，并构造一个无名的CGoods对象；.delete pc; /先析构，然后将内存空间返回给自由存储区；,自由存储区对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，所以除非程序结束
12、，自由存储区对象（无名对象）的生命期不会到期，并且需要显式地用delete语句析构该类对象，上例执行delete语句时，C+自动调用商品类的析构函数。,7.1.2自由存储区对象与构造函数,由自由存储区创建对象数组，只能调用默认的构造函数，不能调用其他任何构造函数。如果没有默认的构造函数，则不能创建对象数组。,类对象初始化：new后面类（class）类型可以有参数。这些参数即构造函数的参数。但对创建数组，则无参数，只能调用默认的构造函数。,【例7.3】演示自由存储区对象分配和释放。,7.1.3浅复制与深复制,浅复制：默认复制构造函数，可用一个类对象初始化另一个类对象，称为默认的按成员复制，而不是
13、对整个类对象的按位复制。这称为浅复制。,图7.1 浅复制,如果类中有一个数据成员为指针，该类的一个对象obj1中的这个指针p，指向了动态分配的一个自由存储区对象，（参见图7.1复制前），如果用obj1按成员复制了一个对象obj2，这时obj2.p也指向同一个自由存储区对象。,obj1,obj1,obj2,7.1.3浅复制与深复制复制,当浅复制析构时，如用默认的析构函数，则动态分配的自由存储区对象不能回收。如果在析构函数中有“delete p;”语句，则如果先析构函数obj1时，自由存储区对象已经释放，以后再析构obj2时出现了二次释放的问题。,自由存储区对象,P,P,自由存储区对象,图7.2
14、深复制,深复制：重新定义复制的构造函数，给每个对象独立分配一个自由存储区对象，称深复制。这时先复制对象主体，再为obj2分配一个自由存储区对象，最后用obj1的自由存储区对象复制obj2的自由存储区对象。,obj1,obj2,7.1.3浅复制与深复制,【例7.4】定义复制构造函数 （copy structor）和复制赋值操作符（copy Assignment Operator）实现深复制。,学生类定义：class student char *pName; /为了演示深复制，不用string类public: student(); /默认构造函数 student(char *pname); /带参
15、数构造函数 student(student &s); /复制构造函数 student(); /析构函数 student & operator=(student &s); ; /复制赋值操作符,检验主函数和运行结果,7.1.3浅复制与深复制,提示： 自由存储区内存是最常见的需要自定义复制构造函数的资源，但不是唯一的，还有打开文件等也需要自定义复制构造函数。 如果类对象需要动态分配资源应该由构造函数完成，而释放资源由析构函数完成，这时类也需要一个自定义的复制构造函数，实现对象的深复制。由此可见，构造函数并非仅做初始化工作。,7.1.3浅复制与深复制,思考： 深入地考虑【例7.4】，如果数据域还有很多其他数据，甚至有好几个是动态建立的C字符串，深复制是不是太复杂了？如果使用C+标准字符串string作为成员对象（聚合）是否就不需要考虑深复制了？,的确是这样的，准确地说，string类的内部包含动态建立字符数组的操作，其复制构造函数是深复制。如果在student类中使用string类而不是C字符串，就不要再考虑深复制问题了。也就是说，动态内存分配和深复制应该放在一个适当的层面上，一个更单纯的类定义中，如string类。在使用中，把它作为一个成员对象，就像使用string类对象那样。,
