浅谈C++内存分配及变长数组的动态分配
第一部分C++内存分配
一。关于内存
1、内存分配方式
内存分配方式有三种：
（1）从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在
例如全局变量，static变量。
（2）在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存
储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
（3）从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自
己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活，但问题也最多。
2.内存使用错误
发生内存错误是件非常麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误，通常是在程序运行时才能捕捉到。
而这些错误大多没有明显的症状，时隐时现，增加了改错的难度。有时用户怒气冲冲地把你找来，程序却没有
发生任何问题，你一走，错误又发作了。常见的内存错误及其对策如下：
*内存分配未成功，却使用了它。
编程新手常犯这种错误，因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是，在使用内存之前检查
指针是否为NULL。如果是用malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL)或if(p!=NULL)进行防错处理。
*内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它。
犯这种错误主要有两个起因：一是没有初始化的观念；二是误以为内存的缺省初值全为零，导致引用初值
错误（例如数组）。内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值，我们宁可信其无不
可信其有。所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略，不要嫌麻烦。
*内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界。
例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for循环语句中，循环次数很容易搞错，导致数组操作越界。
*忘记了释放内存，造成内存泄露。
含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足，你看不到错误。终有一次
程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽。
动态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc与free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误
（new/delete同理）。
*释放了内存却继续使用它。
有三种情况：
（1）程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新
设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。
（2）函数的return语句写错了，注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函
数体结束时被自动销毁。
（3）使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。
【规则1】用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存
【规则2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。
【规则3】避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。
【规则4】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
【规则5】用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。
二.详解new，malloc，GlobalAlloc
1. new
new和delete运算符用于动态分配和撤销内存的运算符
new用法:
1>开辟单变量地址空间
1)newint; //开辟一个存放数组的存储空间,返回一个指向该存储空间的地址.int*a=new
int即为将一个int类型的地址赋值给整型指针a.
2)int*a=newint(5)作用同上,但是同时将整数赋值为5
2>开辟数组空间
一维:int*a=newint[100];开辟一个大小为100的整型数组空间
一般用法:new类型[初值]
delete用法:
1>int*a=newint;
deletea; //释放单个int的空间
2>int*a=newint[5];
delete[]a;//释放int数组空间
要访问new所开辟的结构体空间,无法直接通过变量名进行,只能通过赋值的指针进行访问.
用new和delete可以动态开辟,撤销地址空间.在编程序时,若用完一个变量(一般是暂时存储的数组),
下次需要再用,但却又想省去重新初始化的功夫,可以在每次开始使用时开辟一个空间,在用完后撤销它.
2. malloc
原型：externvoid*malloc(unsignedintnum_bytes);
用法：＃include<malloc.h>或＃include<stdlib.h>
功能：分配长度为num_bytes字节的内存块
说明：如果分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。
当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。
malloc的语法是：指针名=（数据类型*）malloc（长度）,（数据类型*）表示指针.
说明：malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间。返回类型是void*类型。void*表示未确定类型
的指针。C,C++规定，void*类型可以强制转换为任何其它类型的指针。
malloc（）函数的工作机制
malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc
函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大
小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并
将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到
最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以
满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们
进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
和new的不同
从函数声明上可以看出。malloc和new至少有两个不同:new返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需
要大小。比如：
int*p;
p=newint;//返回类型为int*类型(整数型指针)，分配大小为sizeof(int);
或：
int*parr;
parr=newint[100];//返回类型为int*类型(整数型指针)，分配大小为sizeof(int)*100;
而malloc则必须由我们计算要字节数，并且在返回后强行转换为实际类型的指针。
int*p;
p=(int*)malloc(sizeof(int));
第一、malloc函数返回的是void*类型，如果你写成：p=malloc(sizeof(int));则程序无法通过编译，
报错：“不能将void*赋值给int*类型变量”。所以必须通过(int*)来将强制转换。
第二、函数的实参为sizeof(int)，用于指明一个整型数据需要的大小。如果你写成：
int*p=(int*)malloc(1);
代码也能通过编译，但事实上只分配了1个字节大小的内存空间，当你往里头存入一个整数，就会有3个字节无
家可归，而直接“住进邻居家”！造成的结果是后面的内存中原有数据内容全部被清空。
3. GlobalAlloc
VC中关于GlobalAlloc，GlobalLock，GlobalUnLock
调用GlobalAlloc函数分配一块内存，该函数会返回分配的内存句柄。
调用GlobalLock函数锁定内存块，该函数接受一个内存句柄作为参数，然后返回一个指向被锁定的内存块的指针。您可以用该指针来读写内存。
调用GlobalUnlock函数来解锁先前被锁定的内存，该函数使得指向内存块的指针无效。
调用GlobalFree函数来释放内存块。您必须传给该函数一个内存句柄。
GlobalAlloc
说明
分配一个全局内存块
返回值
Long，返回全局内存句柄。零表示失败。会设置GetLastError
参数表
参数类型及说明
wFlagsLong，对分配的内存类型进行定义的常数标志，如下所示：
GMEM_FIXED分配一个固定内存块
GMEM_MOVEABLE分配一个可移动内存块
GMEM_DISCARDABLE分配一个可丢弃内存块
GMEM_NOCOMPACT堆在这个函数调用期间不进行累积
GMEM_NODISCARD函数调用期间不丢弃任何内存块
GMEM_ZEROINIT新分配的内存块全部初始化成零
dwBytesLong，要分配的字符数
GlobalLock
函数功能描述:锁定一个全局的内存对象，返回指向该对象的第一个字节的指针
函数原型：
LPVOIDGlobalLock(HGLOBALhMem)
参数：
hMem：全局内存对象的句柄。这个句柄是通过GlobalAlloc或GlobalReAlloc来得到的
返回值：
调用成功，返回指向该对象的第一个字节的指针
调用失败，返回NULL，可以用GetLastError来获得出错信息
注意：
调用过GlobalLock锁定一块内存区后，一定要调用GlobalUnlock来解锁
GlobalUnlock
函数功能描述:解除被锁定的全局内存对象
函数原型：BOOLGlobalUnlock(HGLOBALhMem);
参数：hMem：全局内存对象的句柄
返回值：
非零值，指定的内存对象仍处于被锁定状态0，函数执行出错，可以用GetLastError来获得出错信息，如果返回NO_ERROR，则表示内存对象已经解锁了
注意：这个函数实际上是将内存对象的锁定计数器减一，如果计数器不为0，则表示执行过多个GlobalLock
函数来对这个内存对象加锁，需要对应数目的GlobalUnlock函数来解锁。如果通过GetLastError函数返回错误
码为ERROR_NOT_LOCKED，则表示未加锁或已经解锁。
示例：
//Mallocmemory hMem=GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE|GMEM_DDESHARE,nSize); //Lockmemory pMem=(BYTE*)GlobalLock(hMem); .................. //Unlockmemory GlobalUnlock(hMem); GlobalFree(hMem);
三总结
灵活自由是C/C++语言的一大特色，而这也为C/C++程序员出了一个难题。当程序越来越复杂时，内存的管理也会变得越加复杂，稍有不慎就会出现内存问题。内存泄漏是最常见的内存问题之一。内存泄漏如果不是很严重，在短时间内对程序不会有太大的影响，这也使得内存泄漏问题有很强的隐蔽性，不容易被发现。然而不管内
存泄漏多么轻微，当程序长时间运行时，其破坏力是惊人的，从性能下降到内存耗尽，甚至会影响到其他程序的正常运行。另外内存问题的一个共同特点是，内存问题本身并不会有很明显的现象，当有异常现象出现时已时过境迁，其现场已非出现问题时的现场了，这给调试内存问题带来了很大的难度。
下载WindowsDebug工具,http://www.microsoft.com/whdc/devtools/debugging/default.mspx
安装后,使用其中的gflags.exe工具打开PageHeap,
gflags-p/enableMainD.exe/full
重新使用VS用调试方式运行,很快就找到了出错位置,因为在某个静态函数中笔误导致
在编写稳定的服务器程序时,这个工具尤为有用。
第二部分数组的动态分配及实例
一、动态分配二维数组的一般方法是这样：假设数组存的数据类型是int
int**p=NULL;
p=newint*[nWidth];
if(!p){
returnNULL;
}
for(intj=0;j<nWidth;j++){
p[j]=newint[nHeight];
if(!p[j]){
returnNULL;
}
}
这段代码浅显易懂，先分配第1维，在循环分配第2维。假设二维数组是3×2的，每一句运行完后的内存情况如图所示（方格表示内存，xx表示随机数。下面是内存地址。当然，这个地址是个示意，事实不会分配到那的。）：
第一句完后分配了3个内存单元
循环分配后，注意下面3段内存是不连续的。这样用下表p[n][m]操作数组没问题,如果整块内存操作就会有问题了。
原意是想把下面的3块6个内存单元清0，可是事与愿违，把从p开始后面6个内存单元清0了，p[]不能用了。p后面只有3个已分配的内存单元，却要操作6个，另外3个是未知区域。清了后面虚线的3块未知区域，这就很危险了，可能导致程序崩溃。
这样分配的内存需要循环释放。
对这个方法有一改进，如下：
int**p=NULL;
p=newint*[nWidth];
if(!p){
returnNULL;
}
p[0]=newint[nWidth*nHeight];
if(!p[0]){
delete[]p;
returnNULL;
}
ZeroMemory(p[0],nWidth*nHeight*sizeof(int));
for(inti=1;i<nWidth;i++){
p[i]=p[i-1]+nHeight;
}
这段代码解决了分配的空间不连续的问题。每一句运行完后的内存情况如图所示：
第一句和上面一样。
这6个内存单元是一次分配的，所以连续。
这个二维数组的数据首地址是p[0],p是第2维的索引首地址。所以如果要对二维数组进行整体的内存（缓冲区buffer）操作，要以p[0]为操作对象的首地址。
到此，索引与对应的数据地址关联上了。这个二维数组既可以通过下表p[][]来操作，又可以操作缓冲区。操作缓冲区的函数比如memcpy，cfile的writehuge和readhuge使用起来很方便，省去了2次循环的麻烦。
至于释放，不必循环释放。因为new了2次，所以只需delete2次就行了：
if(!p){
return;
}
delete[]p[0];
p[0]=NULL;
delete[]p;
p=NULL;
二 实例
<spanstyle="font-size:14px;">//malloc2d.cpp:Definestheentrypointfortheconsoleapplication.
//
#include"stdafx.h"
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
usingnamespacestd;
//第一种方法，分配连续空间
void**malloc2d(introw,intcol,intsize)
{
void**arr;
intindexsize=sizeof(void*)*row;//空出indexsize大小的空间用作？void*为什么不行？
inttotalsize=size*row*col;
arr=(void**)malloc(indexsize+totalsize);
if(arr!=NULL)
{
unsignedchar*head;//博客中是void*head版本，但编译都通过不了，改成unsignedchar*后编译通过，但不明白运行结果为什么不对
head=(unsignedchar*)arr+indexsize;
memset(arr,0,indexsize+totalsize);
for(inti=0;i<row;i++)
arr[i]=head+size*i*col;
}
returnarr;
}
voidfree2d(void**arr)
{
if(arr!=NULL)
free(arr);
}
//第二中方法，分配连续空间，C++的实现版，
template<typenameT>
T**darray_new(introw,intcol)
{
intsize=sizeof(T);
void**arr=(void**)malloc(sizeof(void*)*row+size*row*col);
if(arr!=NULL)
{
unsignedchar*head;
head=(unsignedchar*)arr+sizeof(void*)*row;
for(inti=0;i<row;++i)
{
arr[i]=head+size*i*col;
for(intj=0;j<col;++j)
new(head+size*(i*col+j))T;//这一句比较有意思，想一想为什么？
}
}
return(T**)arr;
}
template<typenameT>
voiddarray_free(T**arr,introw,intcol)//注意要一个一个delete了，蛋疼，不过对于自定义的数据类型，很有必要
{
for(inti=0;i<row;++i)
for(intj=0;j<col;++j)
arr[i][j].~T();//这是什么玩意儿？！模板析构？因为使用了new？所以用析构函数的delete？
if(arr!=NULL)
free((void**)arr);
}
int_tmain(intargc,_TCHAR*argv[])
{
//一维数组动态分配
//intn;
//cin>>n;
////int*p=newint[n];//一维数组动态分配方法一
//int*p=(int*)malloc(n*sizeof(int));//一维数组动态分配方法二
//for(inti=0;i<n;i++)
//cin>>p[i];
//cout<<endl;
//for(inti=0;i<n;i++)
//cout<<p[i]<<"";
//二维变长数组的动态分配，本人喜欢这种方法，虽然空间不连续，但同样可以进行p[i][j]的寻址，为什么博客中特意写上面介绍的函数来实现还没找到太好的理由
//intn;
//cin>>n;
//int*p[2];
//p[0]=newint[n];
//p[1]=newint[n+1];
//for(inti=0;i<n;i++)
//cin>>p[0][i];
//cout<<&p[0]<<""<<&p[1]<<endl;//p[0]，p[1]是连续的
//cout<<&p[0]<<""<<&p[0][0]<<""<<&p[0][1]<<endl;//p[0]!=p[0][0]，但p[0][0],p[0][1]是连续的
////C版本的，分配连续空间
//int**m=(int**)malloc2d(5,5,sizeof(int));
//inti,j;
//for(i=0;i<5;i++)//void*泛型指针，有待剖析
//for(j=0;j<5;j++)
//m[i][j]=0;
//for(i=0;i<5;i++)
//{
//for(j=0;j<5;j++)
//cout<<m[i][j]<<"";
//cout<<endl;
//}
//free2d((void**)m);
int**m=darray_new<int>(5,5);//注意模板函数怎么实现的<int>!
inti,j;
for(i=0;i<5;i++)
for(j=0;j<5;j++)
m[i][j]=1;
for(i=0;i<5;i++)
{
for(j=0;j<5;j++)
cout<<m[i][j]<<"";
cout<<endl;
}
darray_free(m,5,5);
return0;
}
</span>
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