C++动态内存分配超详细讲解
1.在类中使用动态内存分配的注意事项
1.1 构造函数中使用new
1.2 有关返回对象的说明
1.3 使用new创建对象
2.队列模拟
2.1 类声明中的一些思考
2.2 代码实现
1.在类中使用动态内存分配的注意事项 1.1 构造函数中使用new如果在构造函数中使用new来初始化指针成员,则应在析构函数中使用delete
new和delete必须相互兼容,new相对delete;new[]相对delete[]
因为只有一个析构函数,所有的构造函数都必须与它兼容
注意的是:delete或者delete[]都可以对空指针操作.
NULl和0和nullptr:空指针可以用0或者NULL来表示,C++11使用一个特殊的关键词:nullptr来表示空指针.
应该定义一个复制构造函数,通过深度复制将一个对象初始化成另一个对象.
String::String(const String &st)//复制构造函数
{
len=st.len;
str=new char[len+1];
std::strcpy(str,st.str);
num_strings++;
}
应该定义一个赋值运算符。
String& String::operator=(const String& st)//赋值运算符
{
if(this==&st)
return *this;
delete[] str;
len=st.len;
str=new char[len+1];
std::strcpy(str,st.str);
return *this;
}
具体来说,操作是:检查自我赋值情况,释放成员指针以前指向的内存,复制数据而不仅仅是地址,返回一个指向调用对象的引用.
一个典型错误
String::String()
{
str="default string";
len=std::strlen(str);
}
上面这段代码定义了默认构造函数,但是它犯了一个错误:无法和析构函数中的delete[]匹配.
包含类成员的类的逐成员复制
class Magazine
{
private:
String title;
String publisher;
}
类成员的类型是String,这是否意味着要为Magazine类编写复制构造函数和赋值运算符?不.
如果你将一个Magazine对象复制或者赋值给另一个Magazine对象,逐成员复制将使用成员类型定义的复制构造函数和赋值运算符.也就是说复制title时,将调用String的复制构造函数,而将title赋值给另一个Magazine对象时,也会使用String的赋值运算符.
返回指向const对象的引用
返回对象会调用复制构造函数生成临时对象,而返回const对象的引用不会.
引用指向的对象不能是局部变量. 总之,返回指向const对象的引用,就是按值传递的升级版,但是它不能返回局部变量.
返回指向非const对象的引用
例如我们重载<<时,
ostream& operator<<(ostream & os,class_name object); 返回指向非const对象的引用,主要是我们希望对函数返回对象进行修改.
返回对象
就是按值传递.
如果我们返回的对象是局部变量,那么我们不能使用引用来返回了,只能采用返回对象.
返回const对象
不太常用.防止用户对临时对象进行赋值操作,而编译器不会对这种操作报错.
总之,如果要返回局部对象就必须返回对象;如果,那必须返回对象的引用;如果返回对象也行,返回指向对象的引用也行,那优先使用引用版本,因为效率更高.
1.3 使用new创建对象String * glop=new String("my my my");
这句话会使用构造函数String(const char *);
glop->类成员
可以使用这种方式调用对象成员,学过C语言的应该明白。
对于动态分配的对象,它的析构函数当且仅当使用delete删除对象时,它的析构函数才会调用。
定位new的用法
#include<iostream>
#include<string>
#include<new>
using std::string;
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;
const int BUF=512;
class JustTesting
{
private:
string words;
int number;
public:
JustTesting(const string & s="Just Testing",int n=0)
:words(s),number(n){cout<<words<<" constructed.\n";}
~JustTesting(){cout<<words<<" destoryed!\n";}
void show() const {cout<<words<<", "<<number<<endl;}
};
int main()
{
char * buffer=new char[BUF];//获得一块512B内存
JustTesting *pc1,*pc2;
pc1=new(buffer) JustTesting;//在该块内存中分配空间
pc2=new JustTesting ("Heap1",20);
cout<<"Memory block addresses:\n"<<"buffer: "<<(void*)buffer<<" heap: "<<pc2<<endl;
cout<<"Memory contents:\n";
cout<<pc1<<": ";
pc1->show();
cout<<pc2<<": ";
pc2->show();
JustTesting *pc3,*pc4;
pc3=new(buffer+sizeof(JustTesting)) JustTesting ("Bad Idea",6);
pc4=new JustTesting ("Heap2",10);
cout<<"Memory contents:\n";
cout<<pc3<<": ";
pc3->show();
cout<<pc4<<": ";
pc4->show();
delete pc2;
delete pc4;
pc3->~JustTesting();
pc1->~JustTesting();
delete [] buffer;
cout<<"done !\n";
}
Just Testing constructed.
Heap1 constructed.
Memory block addresses:
buffer: 0xf040a0 heap: 0xf042d0
Memory contents:
0xf040a0: Just Testing, 0
0xf042d0: Heap1, 20
Bad Idea constructed.
Heap2 constructed.
Memory contents:
0xf040c8: Bad Idea, 6
0xf04330: Heap2, 10
Heap1 destoryed!
Heap2 destoryed!
Bad Idea destoryed!
Just Testing destoryed!
done !
上面这段代码演示了定位new的用法,这个我们之前在内存模型中谈过。这里需要注意的是,如果使用定位new创建对象,如何确保其析构函数被调用,我们不能使用delete p3;delete p1;,这是因为delete和定位new不匹配,我们必须显式调用析构函数p1->~JustTesting();。
和栈(Stack)一样,队列(Queue)也是一个很重要的抽象数据结构。这一节将会构建一个Queue类,顺便复习之前所学的技术和学习少量新知识。
我们采用链表来实现队列。
typedef std::string Item;
class Queue
{
private:
struct Node
{
Item item;
struct Node *next;
};
enum{Q_SIZE=10};
Node* front;//队首指针
Node* rear;//队尾指针
int items;//队列中的元素个数
const int qsize;//队列的最大元素个数
//抢占式定义
Queue(const Queue & q):qsize(0){}
Queue & operator=(const Queue & q){return *this;}
public:
Queue(int qs=Q_SIZE);
~Queue();
bool isempty() const;//空
bool isfull() const;//满
int queuecount() const;//队列中元素个数
bool enqueue(const Item &i);//入队
bool dequeue(Item & i);//出队
void show() const;
};
类作用域中的结构体
类似于类作用域中的常量,通过将结构体Node声明放在Queue类的私有部分,就可以在类作用域中使用该结构体。这样就不用担心,Node声明和某些全局声明发生冲突。此外,类声明中还能使用Typedef或者namespace等声明,都可以使其作用域变成类中。
利用构造函数初始化const数据成员
在类中qsize是队列最大元素个数,它是个常量数据成员
Queue::Queue(int qs)
{
qsize=qs;
front =rear=nullptr;
items=0;
}
上面这段代码是错误的。因为常量是不允许被赋值的。C++提供了一种新的方式来解决这一问题–成员初始化列表。
成员初始化列表语法
它的作用是,在调用构造函数的时候,能够初始化数据。对于const类成员,引用数据成员,都应该使用这种语法。
于是,构造函数可以这样:
Queue::Queue(int qs):qsize(qs)
{
front =rear=nullptr;
items=0;
}
而且这种方法不限于初始化常量,还能初始化非const变量。则构造函数也可以这样:
Queue::Queue(int qs):qsize(qs),front(nullptr),rear(nullptr),items(0){}
但是,成员初始化列表语法只能用于构造函数。
类内初始化
在C++中,其实还有一种更直观的初始化方式,那就是直接在类声明中进行初始化。
class Classy
{
int mem1=10;
const int mem2=20;
};
相当于在构造函数中使用
Classy::Classy():mem1(10),mem2(20){...}
但是如果你同时使用类内初始化和成员列表语法时,调用相应构造函数时,成员列表语法会覆盖类内初始化。
Classy::Classy(int n):mem1(n){...}
调用上面这个构造函数时,mem1会被设置成n,而mem2由于类内初始化的原因被设置成20.
是否需要显式析构函数?
Queue类的构造函数中是不需要使用new的,因为构造函数只是构造一个空队列,那这是不是意味著不需要在析构函数中使用delete?
我们知道,虽然构造函数不需要new,但是在enqueue入队时,我们需要new一个新元素加入队列。那么我们必须在析构函数中使用delete以确保所有动态分配的空间被释放。
伪私有方法(抢占式定义)
既然我们在Queue类中,使用了动态内存分配,那么编译器提供的默认复制构造函数,和默认赋值运算符是不正确的。我们假设队列是不允许被赋值或者复制的,那么我们可以使用伪私有方法,目的是禁用某些默认接口。
class Queue
{
private:
Queue(const Queue & q):qsize(0){}
Queue & operator=(const Queue & q){return *this;}
}
这样做的原理是:在私有部分抢先定义了复制构造函数,赋值运算符,那么编译器就不会提供默认方法了,那么对象就无法调用这些方法。
C++提供了另一种禁用方法的方式–使用关键词delete
class Queue
{
public:
Queue(const Queue & q)=delete;
Queue & operator=(const Queue & q)=delete;
}
可以直接在公有部分中禁用某种方法。
2.2 代码实现//queue.h
#ifndef QUEUE_H_
#define QUEUE_H_
#include<string>
typedef std::string Item;
class Queue
{
private:
struct Node
{
Item item;
struct Node *next;
};
enum{Q_SIZE=10};
Node* front;//队首指针
Node* rear;//队尾指针
int items;//队列中的元素个数
const int qsize;//队列的最大元素个数
//抢占式定义
Queue(const Queue & q):qsize(0){}
Queue & operator=(const Queue & q){return *this;}
public:
Queue(int qs=Q_SIZE);
~Queue();
bool isempty() const;//空
bool isfull() const;//满
int queuecount() const;//队列中元素个数
bool enqueue(const Item &i);//入队
bool dequeue(Item & i);//出队
void show() const;
};
#endif
//queue.cpp
#include"queue.h"
#include<iostream>
Queue::Queue(int qs):qsize(qs)
{
front =rear=nullptr;
items=0;
}
Queue::~Queue()
{
Node * p;
while (front!=nullptr)
{
p=front;
front=front->next;
delete p;
}
}
bool Queue::isempty() const
{
return items==0;
}
bool Queue::isfull() const
{
return items==qsize;
}
int Queue::queuecount() const
{
return items;
}
bool Queue::enqueue(const Item &i)
{
if(isfull())
return false;
Node *add=new Node;
add->item=i;
add->next=nullptr;
items++;
if(front==nullptr)//队空
front=rear=add;
else
{
rear->next=add;
rear=add;
}
return true;
}
bool Queue::dequeue(Item & i)
{
if(isempty())
return false;
i=front->item;
items--;
if(items==0)
{
delete front;
front=rear=nullptr;
}
else
{
Node *p=front;
front=front->next;
delete p;
}
return true;
}
void Queue::show() const
{
using std::cout;
using std::endl;
cout<<"the items: "<<items<<endl;
if(isempty())
cout<<"Empty queue!\n";
else
{
cout<<"front: ";
for(Node*p=front;p!=nullptr;p=p->next)
{
cout<<p->item;
if(p!=rear)
cout<<"-> ";
}
cout<<" :rear\n";
}
}
//queuetest.cpp
#include"queue.h"
#include<iostream>
int main()
{
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;
Queue test(8);
char choice;
cout<<"Enter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: ";
while(cin>>choice)
{
string temp;
switch (choice)
{
case 'E':
cout<<"Enter the string: ";
cin>>temp;
if(test.enqueue(temp))
test.show();
else
cout<<"can't enqueue\n";
break;
case 'D':
if (test.dequeue(temp))
{
cout<<"the item gotten: "<<temp<<endl;
test.show();
}
else
cout<<"can't dequeue\n";
break;
case 'Q':
goto aa;
break;
default:
break;
}
cout<<endl;
cout<<"Enter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: ";
cin.ignore();
}
aa:test.~Queue();
cout<<"Bye!: ";
test.show();
}
PS D:\study\c++\path_to_c++> .\queue.exe
Enter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: E
Enter the string: apple
the items: 1
front: apple :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: E
Enter the string: banana
the items: 2
front: apple-> banana :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: E
Enter the string: candy
the items: 3
front: apple-> banana-> candy :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: E
Enter the string: dizzy
the items: 4
front: apple-> banana-> candy-> dizzy :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: D
the item gotten: apple
the items: 3
front: banana-> candy-> dizzy :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: D
the item gotten: banana
the items: 2
front: candy-> dizzy :rearEnter E to enqueue ,D to dequeue,Q to quit: Q
Bye!: the items: 2
front: :rear
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