动态内存分配（C++）

• 什么叫动态分配？
• 动态分配的优点
• 动态分配的语法解释
  • 动态分配的变量
  • 动态分配的数组
  • 动态分配的结构体
• 参考

什么叫动态分配？

形象来说，动态分配就像是在一个大型购物广场中，你根据需要随时租用或归还一个店铺。程序运行时，如果需要更多空间来存储数据，就会向操作系统 “租用” 内存空间；用完后，为了避免浪费资源，需要 “归还” 这些空间。这个过程不是自动的，需要你手动管理。

动态分配的优点

• 灵活性：需要的时候用，不需要的时候还；

  动态分配最核心的地方就是它可以在不需要的时候归还。比如，在某个函数中定义了一个数组 a[5]，当这个数组满了之后我们需要对其扩容，if (数组满) a扩容到10，如果这个数组是动态分配的，我们就可以手动的释放之前的 a[5]；如果这个数组是静态分配的，这个空间无法释放，会一直占用，直到程序运行结束。

• 不会占用栈和数据段的空间，为内存减轻负荷；
• 举例：动态定义的顺序表 \(\text{vs}\) 静态定义的顺序表、动态实现的链表 \(\text{vs}\) 静态实现的链表；

  链表需要进行频繁的插入和删除，如果使用的静态分配，那么这些插入删除的空间在程序运行时将无法释放，只有使用动态分配才有办法在程序运行时释放这些空间，因为静态分配不提供释放空间的方法。

动态分配的语法解释

动态分配的变量

int a = 10;     // 静态分配一个整型
int *b = new int(10);   // 动态分配一个整型

delete b;

这两条语句的功能类似，都得到了一个值为 \(10\) 的变量，只不过变量 a 存储在栈内存中，b 存储在堆内存中；在程序运行时，a 会一直占用这个空间，无法主动释放，b 可以主动释放。

为什么要主动释放？如果我们静态实现了一个链表，每次插入的时候需要分配一个新结点，由于是静态分配的，这个新结点将存在栈内存中；每次删除的时候，虽然链表在逻辑上将其删除了，但是它还是占用着栈空间的；在多次的插入和删除后，将会导致栈溢出，从而发生段错误；使用动态分配就不会这样了，它不仅可以手动释放空间，还不会占用栈内存。

• 使用 new 关键字进行动态分配时，它总是返回一个指针，指向新分配的内存地址，因为 new 的本质就是申请一份空间；
• 有借有还，申请了空间，必须手动释放；
• 访问的时候和指针一样，如果访问内容需要使用 *a；

动态分配的数组

int staticArray[5] = {1, 2, 3, 4, 5};   // 静态分配一个整型数组
int *dynamicArray = new int[5]; // 动态分配一个整型数组

delete[] dynamicArray;          // 释放动态分配的整型数组

• 动态分配数组在 new 的时候使用的是 [元素个数]，动态分配变量在 new 的时候使用的是 (元素值)；
• 不能直接利用列表赋值，通常用 for 循环遍历赋值；
• 访问时与数组类似，又两种访问方式，第一种是利用指针，比如 *(p+1)，第二种直接使用数组下标 p[1]。感觉和数组相同；

动态分配的结构体

struct Person {
    string name;
    int age;
};

Person alice = {"Alice", 20};   // 静态分配并初始化一个结构体

Person *Mike = new Person{"Mike", 30};  // 动态分配并初始化一个结构体
delete Mike;

参考

• 零壹考研