C++动态内存

C++动态内存

C++ 中的动态内存是指在运行时（而不是编译时）根据程序需要分配和释放内存的机制。与静态内存（如栈上分配的变量）相比，动态内存可以提供更大的灵活性，但也更容易出错（如内存泄漏、悬挂指针等）。

堆 vs 栈

方面	栈（Stack）	堆（Heap）
分配方式	编译器自动分配	程序员手动分配（new/malloc）
生命周期	随函数调用自动创建/销毁	手动控制（delete/free），或智能指针
分配速度	非常快	较慢
空间大小	较小（几 MB）	较大（系统最大空闲内存）
访问效率	高	较低（需要通过指针访问）
释放风险	自动释放，几乎无内存泄漏风险	易发生泄漏、悬挂指针等问题
使用场景	临时变量、函数参数	大量数据、对象生命周期不确定

动态内存的基本方式

new 和 delete，这是 C++ 中分配和释放动态内存的核心操作。

• 单个对象

int* p = new int(10);   // 分配一个 int，并初始化为 10
std::cout << *p << std::endl;
delete p;               // 释放内存

• 数组

int* arr = new int[5];  // 分配一个 int 数组，大小为 5
for (int i = 0; i < 5; ++i) arr[i] = i;
delete[] arr;           // 释放数组（注意使用 delete[]）

⚠️ 使用 new 分配的内存，不会自动释放，需要显式调用 delete。

与 malloc/free 对比

• new 是一个 运算符，在分配内存后还会调用构造函数。

• malloc 是一个 函数，只负责分配原始内存，不调用构造函数。

• delete 会调用析构函数并释放内存，free 只释放内存。

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor\n"; }
};

MyClass* obj = new MyClass(); // 调用构造函数
delete obj;                   // 调用析构函数

常见问题与错误

1. 内存泄漏

int* p = new int(42);
// 没有 delete p; => 内存泄漏

2. 重复释放（double free）

int* p = new int(5);
delete p;
delete p;  // ❌ 未将 p 置为 nullptr，重复释放

重复释放会导致什么？

1. 程序崩溃（最常见）

释放一块已释放的内存是未定义行为，可能会：

• 立即崩溃（如触发段错误 Segmentation Fault）；
• 或运行时出现 “** Error in ./a.out: double free or corruption **” 等错误。

1. 隐蔽的 bug

有些平台上可能“看起来”没出错，但其实破坏了堆结构，以后某处才崩溃，更难调试。

1. 被利用为安全漏洞

攻击者可利用 double free 篡改内存管理结构，造成堆溢出攻击、远程代码执行（RCE） 等严重后果。

3. 忘记使用 delete[] 释放数组

int* arr = new int[10];
delete arr;    // ❌ 未使用 delete[]，行为未定义

使用智能指针（推荐做法）

1. std::unique_ptr

自动释放资源，不能共享所有权。

#include <memory>
std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(10);

2. std::shared_ptr

可以共享所有权，最后一个引用析构时释放资源。

#include <memory>
std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(20);
std::shared_ptr<int> p2 = p1;

3. std::weak_ptr

不增加引用计数，用于解决循环引用。

动态二维数组的分配与释放

int rows = 3, cols = 4;
int** matrix = new int*[rows];
for (int i = 0; i < rows; ++i)
    matrix[i] = new int[cols];

// 使用 matrix[i][j]...

for (int i = 0; i < rows; ++i)
    delete[] matrix[i];
delete[] matrix;