「C/C++」C/C++ 之动态内存分配

news2024/11/7 2:45:39

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- C/C++ 动态内存管理详解
- - 一、动态内存分配基础
  - - 1. C语言中的动态内存分配
    - 2. C++语言中的动态内存分配
  - 二、动态内存的使用
  - - 示例：C语言中的动态内存分配
    - 示例：C++语言中的动态内存分配
  - 三、常见错误与陷阱
  - 四、最佳实践
  - 五、结论

C/C++ 动态内存管理详解

在C和C++编程中，内存管理是一个核心且复杂的主题。与静态内存分配（在编译时确定大小）不同，动态内存分配允许程序在运行时根据需要分配和释放内存。这种灵活性带来了强大的功能，但也增加了内存泄漏、野指针等潜在问题的风险。本文将深入探讨C和C++中的动态内存管理，包括内存分配、释放、常见错误以及最佳实践。

一、动态内存分配基础

在C和C++中，动态内存分配主要通过几个标准库函数来实现：

C语言：使用malloc、calloc、realloc和free函数。
C++语言：除了可以使用C语言的函数外，还可以使用new和delete操作符，以及智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr）。

1. C语言中的动态内存分配

malloc：分配指定字节数的内存，并返回一个指向该内存的指针。如果分配失败，返回NULL。
calloc：分配内存并初始化为零。它接受两个参数：元素数量和每个元素的大小（以字节为单位），并返回指向分配内存的指针。
realloc：调整先前分配的内存块的大小。它可以增加或减少内存大小，并返回指向新内存块的指针（可能与原指针不同）。如果分配失败，返回NULL，并且原内存块保持不变。
free：释放先前通过malloc、calloc或realloc分配的内存。

2. C++语言中的动态内存分配

new：分配内存并调用构造函数（对于类类型）。它返回指向分配对象的指针。如果分配失败，抛出std::bad_alloc异常。
delete：释放通过new分配的内存，并调用析构函数（对于类类型）。

C++还引入了智能指针，它们自动管理内存，减少了手动调用delete的需要，从而降低了内存泄漏的风险。

二、动态内存的使用

在C和C++中，动态内存的使用通常涉及以下几个步骤：

分配内存：使用malloc/calloc/new分配内存。
使用内存：通过指针访问和操作分配的内存。
释放内存：使用free/delete释放内存。

示例：C语言中的动态内存分配

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int n = 5;
    int *arr = (int *)malloc(n * sizeof(int)); // 分配内存
    if (arr == NULL) {
        // 处理内存分配失败的情况
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }

    // 使用内存
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i * i;
    }

    // 输出数组内容
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(arr);

    return 0;
}

示例：C++语言中的动态内存分配

#include <iostream>

int main() {
    int n = 5;
    int *arr = new int[n]; // 分配内存

    // 使用内存
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i * i;
    }

    // 输出数组内容
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 释放内存
    delete[] arr;

    return 0;
}