第20章 指针 二 为指针分配和释放空间

白话C++

第二十章指针二为指针分配和释放空间

20.1 理解指针的两种“改变”

20.1.1 改变指针的值

20.1.2 改变指针所指的变量的值

20.1.3 两种改变？一种改变？

20.2 C++ 方式的内存分配与释放 new 和 delete

20.2.1 new

20.2.2 在new 时初始化内存的值

20.2.3 delete

20.2.4 实验： new 和 delete

20.2.5 new 和 delete 的关系

20.3 new [] 和 delete []

20.3.1 new[] / delete[] 基本用法

20.3.2 new []/ delete[] 示例

20.3.3 详解指向连续空间的指针

20.4 delete/delete[] 的两个注意点

20.4.1 一个指针被删除时，应指向最初的地址

20.4.2 已释放的空间，不可重复释放

20.5 C 方式的内存管理

20.5.1 分配内存 malloc 函数

20.5.2 释放内存 free 函数

20.5.3 重调空间的大小： realloc 函数

20.5.4 malloc、realloc、free的例子

20.1 理解指针的两种“改变”

普通变量（非指针，简单类型变量）只能改变值：

1) int a = 100;

2) ...

3) a = 200;

白话C++

第 1 行代码，声明int类型变量a，并且初始化a的值为100。

到第 3 行代码，变量a的值被改变成200。

对于非指针的简单变量，能被程序改变的，只有这一种。而指针变量，似乎有两种改变。

20.1.1 改变指针的值

这一点和普通变量一致。但要特别注意，“改变指针的值”引起的结果是什么？其实就是“改变指针的指向”。

因为，指针的值是某个变量的地址。假如指针P原来的值是A变量的地址，现在改为B变量的地址。我们称为：“P由指向A改为指向B”。这就是指针的第一种改变。

以下是示例代码：

int* P;

int A,B;

1) P = &A;

2) ...

3) P = &B;

1) 行代码中，P 的值为 &A，即P指向变量A。

到3）行代码中，P的值变为&B，即改为指向变量B。

下面讲：指针的第二种改变。通过指针，改变指针所指的变量的值。

20.1.2 改变指针所指的变量的值

复习前一章，我们知道通过 * （地址解析符），可以得到、或改变指针所指的变量的值。

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int* P;

int A = 100;

P = &A;

*P = 200;

cout << A << endl;

代码中加粗的那一行：*P = 200; ，其作用完全等同于：A = 200;

所以，最后一行输出的结果是 200。

这就是指针的第二种改变：所指变量的值，被改变了。

20.1.3 两种改变？一种改变？

两种改变的意义不同：

改变一：改变指针本身的值（改变指向）。

改变二：改变指针指向的变量的值。

从代码上看：

第一种改变，P = &A; 左值（等号左边的值）是变量本身，右值

则是一个地址。

而第二种改变，*P = 200; 左值通过星号对P操作，来取得P指

向的变量；右值是普通的值。

理解,区分对指针的两种改变，才能学会如何使用指针。

请思考：上一章讲的“指针的加减操作”，是对指针的哪一种改变？

白话C++

最后需要说明，严格意义上，指针仍然只有一种改变，即改变指针本身的值。改变指针指向的变量，应视为对另一变量的改变，只不过在代码上，它通过指针来进行，而不是直接对另一变量进行操作。

为指针分配、释放内存空间

之前，我们给指针下的定义是“指针是一个变量，它存放的值是另一个变量的地址”。

比如：

int a;

int* p = &a;

看，a 就是“另一个变量”，p指向了a。

我们知道，变量总是要占用一定的内存空间，比如上面的a，就占用了4个字节（sizeof(int))。这四个字节属于谁？当然属于变量a，而不是p。

现在要讲的是：也可以单独为指针分配一段新的内存空间。这一段内容不属于某个变量。

20.2 C++ 方式的内存分配与释放 new 和 delete

在内存管理上，C++ 和 C 有着完全不同的两套方案。当然，C++的总是同时兼容C。C的那一套方案在C++里同样可行。

我们首先看看纯C++的那一套： new 和 delete。

new ，从字面上看意思为“新”；而delete 字面意思为“删除”。二者在C++中内存管理中大致的功能，应是一个为“新建”，一个为“删除”。

20.2.1 new

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new 是 c++ 的一个关键字。被当作像 +、-、* 、/ 一样的操作符。它的操作结果是在申请到一段指定数据类型大小的内存。

语法：

指针变量 = new 数据类型;

new 将做三件事：

1、主动计算指定数据类型需要的内存空间大小；

2、返回正确的指针类型；

3、在分配内存的一，将按照语法规则，初始化所分配的内存。

这是什么意思呢？看看例子吧：

int* p;

p = new int;

和以往不一样，p 这回不再“寄人篱下”，并不是指向某个已存在的变量，而是直接指向一段由new 分配而来的新内存空间。

“p 指向一段由new 分配而来的新内存空间”这句话等同于：“new 分配一段新的内存空间，然后将该内存空间的地址存入到变量p中。”

所以，最终p中仍然是存储了一个变量的地址，只是，这是一个“无名”变量。

指向原有的某个变量，和指向一段新分配的内存空间，有什么区别呢？

“原有的变量”，可以比喻成指向一间原有的，并且有主的房间。而“新分配的内存空间”，则像是一个“临时建筑物”。我们必须在不用它的时候，主动将它拆迁。拆迁的工作由delete来完成。

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当指针变量通过 new ，而得到一个内存地址后，我们就可以像以前的所说的，通过该指针，通过*号，而对该内存地址（一个无名的变量），进行操作。

如：

int* p = new int;

*p = 100;

cout << *p << endl;

屏幕将输出100。

20.2.2 在new 时初始化内存的值

new 也可以在申请内存空间时，直接设置该段内存里要放点什么.

语法：

指针变量 = new 数据类型(初值);

这样，上例可以改为：

int* p = new int(100);

cout << *p << endl;

如果你申请的是字符类型的空间,并且想初始化为‘A'：

char* pchar = new char('A');

20.2.3 delete

语法：

delete 指针变量;

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delete 将释放指定指针所指向的内存空间。

举例：

int* p;

p = new int;

*p = 100;

cout << *p << endl;

delete p;

system("PAUSE");

注意，当一个指针接受delete操作后，它就又成了一个“指向不明”的指针。尽管我们可以猜测它还是指向“原来的房子”，然而，事实上，那座“房子”已经被delete “拆迁”掉了。

20.2.4 实验： new 和 delete

很简单的例子。

第一步：

首先，在CB新建一个控制台程序。然后把上一小节的代码放到main()函数内。运行。结果如下：

(new 和 delete)

按任意键退出后，保存工程(Ctrl + Shift + S)。

第二步：

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接下来我们来观察指针变量被delete之后，所指向的内存会是什么。但，这是一件犯了C、C++编程大忌的事：访问一个已经delete 的指针的值。如果你最近运气很差，你的CB可能会被强行退出。所以，你明白我们为什么要先存盘了，对不？

在前面的代码中，加入以下加粗加红的一行(同时，你也应注意我的加的注释)：

int* p;

p = new int;

*p = 100;

cout << *p << endl;

delete p; //p所指向的内存空间已经被释放

cout << *p << endl; //我们故意去访问此时p所指的内存

system("PAUSE");

运行结果：

（访问delete之后的指针）

44244844？？在你的机器可能不是这个数，但一定同样是怪怪的值。原来是好端端的100，现在却成了44244844。不要问我这是为什么？昨天来时，美眉还住在这里一座别致小阁楼里，今日故地重游，这里竟成废墟一片，依稀只见破墙上尚有：“拆！——城建局”的字样？！

new 是管建房的，而 delete就一个字：拆！

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请大家自行在CB上完成本实验。我没有提供本题的实际工程。20.2.5 new 和 delete 的关系

如果只有“建房”而没有“拆房”，那么程序就会占用内存越来越多。所以，当使用new 为某个指针分配出内存空间后，一定要记得在不需要再使用时，用delete 删除。下面是一个例子。演示new 和 delete 的对应使用。

//建屋和入住：

1) int* p = new int(100);

//使用：

2) cout << *p << endl;

//拆：

3) delete p;

看，第1句，申请了4字节的内存空间，同时存入值为100的整数。

第2句，在屏幕上输出入住者的值 (100)。

第3句，释放内存（这4字节被系统收回准备做其它用途）。入住者呢？自然消失了。

前面举的例子都是在 new 一个 int 类型，其它类型也一样：

char* a = new char('A');

cout << *a << endl;

*a = 'B';

cout << *a << end;

delete a;

bool* b = new bool;

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*b = true;

if (*b)

cout << "true" << endl;

else

cout << "fale" << endl;

但是这些都是简单数据类型，如果要分配数组一样的连续空间，则需要使另一对武器。

20.3 new [] 和 delete []

new / delete 用于分配和释放单个变量的空间，而 new [] / delete[] 则用于分配连续多个变量的存间。

20.3.1 new[] / delete[] 基本用法

new [] 语法:

指针变量 = new 数据类型[元素个数]

语法实例：

int* p = new int[20];

首先，你需要迅速回想一下，如果是 int* p = new int(20); 那么该是什么作用？否则你很容易在事后把二者混了。

实例中，用 new 申请分配了20个连续的整数所需的空间，即：20 * sizeof(int) = 80个字节。

图示为：

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(指针变量p指向一段连续的内存空间)

new int 只是分配了一个整数的内存空间，而 new int[N]却分配了N个整数的连续空间。看来，new[] 比 new “威力更猛”，所以，我们同样得记得：用 new [] 分配出空间，当不在需要时，必须及时调用 delete [] 来释放。

delete [] 语法：

delete [] 指针变量;

如：

//分配了可以存放1000个int的连续内存空间：

int* p = new int[1000];

//然后使用这些空间：

……

//最后不需要了，及时释放：

delete [] p;

20.3.2 new []/ delete[] 示例

在 Windows XP 、Windows NT 或 Windows 2000中，按 Ctrl + Alt + Del (其它操作系统，如Windows98/Me等千万不要按些组合键，否则电脑将重启)。可以调出 Windows 任务管理器，其中要以看出当前粗略的的内存使用量。下面我们结合该工具，写一个程序，先分配100M的内存，再释放。

这是程序代码的抓图：

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各步运行结果： 程序显示

任务管理器抓图

第一步：分配内存之前

（任务管理显示我的机器使用了207兆的内存） 第二步：分配了100兆的内存

(多出了100M) 第三步：又释放出这100兆

(回到207兆)

注意：使用 new 得来的空间，必须用 delete 来释放；使用 new [] 得来的空间，必须用 delete [] 来释放。彼此之间不能混用。

用 new [] 分配出连续空间后，指针变量“指向”该空间的首地址。 20.3.3 详解指向连续空间的指针

在 通过 new [] 指向连续空间以后，p 就变得和一个一维数组很是类似。我们先来复习一下数组相关知识。

假设是这么一个数组：

int arr[20];

则arr 的内存示意图为（为了不太占用版面我缩小了一点）：

(数组 arr 的内存示意)

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和指针变量相比，数组没有一个单独的内存空间而存放其内存地址。即：指针变量p是一个独立的变量，只不过它的值指向另一段连续的内存空间；而数组arr，本身代表的就是一段连续空间。

如果拿房间来比喻。指针和数组都是存放地址。只不过，指针是你口袋里的那本通讯录上写着的地址，你可以随时改变它的内容，甚至擦除。而数组是你家门楣上钉着的地址，你家原来是“复兴路甲108号”，你绝对不能趁月黑天高，把它涂改为“唐宁街10号”。

数组是“实”的地址，不能改变。当你和定义一个数组，则这个数组就得根据它在内存中的位置，得到一个地址，如上图中的

“0x1A000000”。只要这个数组存在，那么它终生的地址就是这个值。

指针是一个“虚”的地址，可以改变地址的值。当你定义一个指针变量，这个变量占用4个字节的内存，你可以往这4字节的内存写入任意一个值，该值被当成一个内存地址。比如，你可以写入上面的“0x1A000000”,此时，指针p指向第一个元素。也可以改为“0x1A000003”，此时，指针p指向第二个元素。

所以，当p通过 new [] 指向一段连续空间的结果是，p 是一个指向数组的指针，而*p是它所指的数组。

我们来看实例，首先看二者的类似之处。下面左边代码使用数组，右边代码使用指针。

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当指针变量 P 通过 new [] 指向一连续的内存空间:

1、p[N] 得到第N个元素（0 <= N < 元素个数）;

2、*(p + N) 同样得到第N个元素（0 <= N < 元素个数）

如 p[0] 或 *(p + 0) 得到内存空间第0个元素；

把上面右边代码中的大部分 p 替换为 arr，则和左边代码变得一模一样。

白话C++

下面再来比较二者的不同。

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关于指针本身的 + 和 - 操作，请复习上一章相关内容。

接下来的问题也很重要。

20.4 delete/delete[] 的两个注意点

指针通过 new 或 new[] ，向系统“申请”得到一段内存空间，我们说过，这段内存空间必须在不需要将它释放了。有点像人类社会的终极目标“共产主义”下的“按需分配”。需要了就申请，不需要了，则主动归还。

现在问题就在于这个“主动归还”。当然，指针并不存在什么思想觉悟方面的问题，说光想申请不想归还。真正的问题是，指针在某些方面的表现似乎有些像“花心大萝卜”。请看下面代码，演示令人心酸的一幕。

/*

初始化 p ----- p 的新婚

通过 new ，将一段新建的内存“嫁给”指针p

这一段分配的内存，就是p的原配夫妻

*/

int* p = new int[100];

/*

使用 p ----- 恩爱相处

N 多年恩爱相处，此处略去不表

*/

……

/*

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p 改变指向 ---- 分手

*/

int girl [100]; //第三者出现

p = girl; //p 就这样指向 girl

/*

delete [] p ---- 落幕前的灾难

终于有一天，p老了，上帝选择在这一时刻

惩罚他

*/

delete [] p;

扣除注释，上面只有4行代码。这4行代码完全符合程序世界的宪法：语法。也就是说对它们进行编译，编译器会认为它们毫无错误，轻松放行。

但在灾难在 delete [] p 时发生。

我们原意是要释放 p 最初通过 new int[100]而得到的内存空间，但事实上，p那时已经指向girl[100]了。结果，第一、最初的空间并没有被释放。第二、girl[100] 本由系统自行释放，现在我们却要强行释放它。

20.4.1 一个指针被删除时，应指向最初的地址

当一个指针通过 +,- 等操作而改变了指向；那么在释放之前，应确保其回到原来的指向。

比如：

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int* p = new int[3];

*p = 1;

cout << *p << endl;

p++; //p的指向改变了，指向了下一元素

*p = 2;

cout << *p << endl;

//错误的释放：

delete [] p;

在 delete [] p 时，p指向的是第二个元素，结果该释放将产生错位：第一个元素没有被释放，而在最后多删除了一个元素。相当你盖房时盖的是前3间，可以在拆房时，漏了头一间，从第二间开始拆起，结果把不是你盖的第4房间倒给一并拆了。

如何消除这一严重错误呢？

第一种方法是把指针正确地"倒"回原始位置：

p--;

delete [] p;

但当我们的指针指向变化很多次时，在释放前要保证一步不错地一一退回，会比较困难。所以另一方法是在最初时“备份”一份。在释放时，直接释放该指针即可。

int* p = new int[3];

int* pbak = *p; //备份

//移动 p

……

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//释放：

delete [] pbak;

由于pbak正是指向p最初分配后的地址，我们删除pbak,就是删除p最初的指向。此时我们不能再删除一次p。这也就引出new / delete 及 new[] / delete[] 在本章的最后一个问题。

20.4.2 已释放的空间，不可重复释放

第一种情况，错了最直接：

int* p = new int(71);

cout << *p << endl;

delete p; //OK!

delete p; //ERROR! 重复删除p

当然，如果同一指针在delete之后，又通过new 或 new[] 分配了一次内存，则需要再删除一次:

int* p = new int(71);

cout << *p << endl;

delete p; //OK!

...

p = new int(81);

delete p; //OK!

...

p = new int[10];

for (int i=0; i<10; i++)

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