new、delete、指向连续空间的指针、数组、空间释放、空间申请[C++][内存管理]

一. 使用new和delete运算符时PF率的变化情况
Ctrl+Alt+Del进入任务管理器、性能，运行下列代码，并观察PF率的变化。可知，new运算符增加PF率，delete使PF率还原。 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。

#include < iostream.h >
#include < stdio.h >

int  main( int  argc,  char   * argv[])
{
    cout<<"按任意键开始分配内存"<<endl;
    getchar();

    unsigned char *p = new unsigned char[1024*1024*100];
    cout<<"成功分配了100M的内存"<<endl;
    getchar();

    delete []p; 
    cout<<"释放所分配的100M内存"<<endl;
    return 0;
}

二. 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

      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。
      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。

两者的相似之处：
数组：

int  arr[ 20 ];  // 定义
arr[ 0 ]  =   100 ;  // 让第一个元素为100
for  ( int  i  =   1 ; i  <   20 ; i ++ )
{
    arr[i] = arr[i-1] + 50;
}
for  ( int  i  =   0 ; i  <   20 ; i ++ )  // 输出
{
    cout << arr[i] << endl;
}
// 通过+来得到指定元素，也可通过[]
cout  <<   * (arr  +   0 )  <<  endl;  // *(arr+0) 等于 *arr
cout  <<   * (arr  +   1 )  <<  endl;
cout  <<   * (arr  +   1 )  <<  endl;

指针：

int   * p  =   new   int [ 20 ];  // 定义
p[ 0 ]  =   100 ;  // 让第一个元素为100
for  ( int  i  =   1 ; i  <   20 ; i ++ )
{
    p[i] = p[i-1] + 50;
}
for  ( int  i  =   0 ; i  <   20 ; i ++ )  // 输出
{
    cout << p[i] << endl;
}
// 通过+来得到指定元素，也可通过[]
cout  <<   * (p  +   0 )  <<  endl;  // *(p+0) 等于 *p
cout  <<   * (p  +   1 )  <<  endl;
cout  <<   * (p  +   1 )  <<  endl;

两者的不同之处：
数组：

// 定义并初始化
int  arr[ 10 ]  =   {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} ; 

// 不能通过对数组本身+或-来改变数组的位置
arr  =  arr  +   1 ;  // 错!
cout  <<   * arr  <<  endl;
arr ++ ;  // 错!
cout  <<   * arr  <<  endl;
arr -- ;  // 错!
cout  <<   * arr  <<  endl;

// 数组所带的空间由系统自动分配及回收，无须也无法由程序来直接释放

指针：

// 定义并且生成空间，但不能直接初始空间的内容
int   * p  =   new   int [ 20 ]  {0,1,2,3,4 ……} ;  //  错!

// 只得通过循环一个个设置
for  ( int  i = 0 ; i < 20 ; i ++ )
{
    p[i] = i;
}

// 可以通过+或-操作直接改变指针
p  =  p  +   1 ;
cout  <<   * p  <<  endl;

p ++ ;
cout  <<   * p  <<  endl;　

p -- ;
cout  <<   * p  <<  endl;

// 指向连续空间的指针，必须使用delete[]来释放
delete [] p;

三. delete/delete[]的几个注意点
1. 指针通过 new 或 new[] ，向系统“申请”得到一段内存空间，这段 内存空间必须在不需要将它释放了。

int *  p  =   new   int [ 100 ]; 
 
int  girl[ 100 ];  
  
p  =  girl;  
  
delete [] p;

   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。

2. 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。如下所示：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。

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;

delete [] p;  // 错误的释放

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

……

delete [] pbak;  // 释放

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。

3. 已释放的空间，不可重复释放
第一种最直接：

int *  p  =   new   int ( 71 );

cout  <<   * p  <<  endl;　

delete p;  // OK!

delete p;  // ERROR! 重复删除p

第二种为重复删除同一指向的多个指针

int *  p1  =   new   int ( 71 );

int *  p2  =  p1;  // p2和p1 现在指向同一内存地址

cout  <<   * p1  <<  endl;

cout  <<   * p2  <<  endl;

delete p1;  // OK

delete p2;  // ERROR! p2所指的内存，已通过delete p1而被释放，不可再delete一次

同样的问题，如果你先删除了p2 ，则同样不可再删除p1

delete p2;  // OK

delete p1;  // ERROR

第三种为删除指向某一普通变量的指针

int  a  =   100 ;

int *  p  =   & a;

delete p;  // ERROR 

p 不是通过new 得到新的内存空间，而是直接指向固定变量a。所以删除p等同要强行剥夺a的固有空间,会导致出错。

 

因为我需要释放指向二维结构体指针的指针，为测试内存释放情况，改写程序。代码如下：

#include<iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;

void main()
{
    cout << "指针变量占4字节内存。按回车键开始分配404M内存..." << endl;
    int temp;
    getchar();

    int x = 100;
    int y = 1024*1024;

    char ***p = new char** [y];

    for(int i=0; i<y; ++i)
    {
        p[i] = new char*[x];
    }

    cout << "内存分配完毕，按回车键开始清理内存..." << endl;
    getchar();

    for (int i=0; i<y; ++i)
    {
        delete []p[i];
    }

    cout << "二位数组，第二维清理完毕，共清理内存400M，剩余4M未清理，按回车键继续清理..." << endl;
    getchar();

    delete []p;
    p = NULL;   //如果不对p赋值NULL，再次清理内存，将报错

    /*cout << "再次清理内存..." << endl;
    getchar();

    delete []p;
    p = NULL;*/

    cout << "内存清理完毕..." << endl;
    getchar();
}

#include<iostream>
#include<stdio.h>
using namespace std;

void main()
{
	cout << "指针变量占4字节内存。按回车键开始分配404M内存..." << endl;
	int temp;
	getchar();

	int x = 100;
	int y = 1024*1024;

	char ***p = new char** [y];

	for(int i=0; i<y; ++i)
	{
		p[i] = new char*[x];
	}

	cout << "内存分配完毕，按回车键开始清理内存..." << endl;
	getchar();

	for (int i=0; i<y; ++i)
	{
		delete []p[i];
	}

	cout << "二位数组，第二维清理完毕，共清理内存400M，剩余4M未清理，按回车键继续清理..." << endl;
	getchar();

	delete []p;
	p = NULL;	//如果不对p赋值NULL，再次清理内存，将报错

	/*cout << "再次清理内存..." << endl;
	getchar();

	delete []p;
	p = NULL;*/

	cout << "内存清理完毕..." << endl;
	getchar();
}