【C++ Primer每日一刷之八】之九 创建动态数组

4.3.1. 创建动态数组

数组类型的变量有三个重要的限制：【数组长度固定不变】，【在编译时必须知道其长度】，【数组只在定义它的块语句内存在】。

实际的程序往往不能忍受这样的限制——它们需要在运行时动态地分配数组。

虽然数组长度是固定的，但动态分配的数组不必在编译时知道其长度，可以（通常也是）在运行时才确定数组长度。与数组变量不同，动态分配的数组将一直存在，直到程序显式释放它为止。每一个程序在执行时都占用一块可用的内存空间，用于存放动态分配的对象，此内存空间称为程序的自由存储区或堆。

C 语言程序使用一对标准库函数malloc 和 free 在自由存储区中分配存储空间，而 C++ 语言则使用 new 和delete表达式实现相同的功能。

动态数组的定义

【数组变量通过指定类型、数组名和维数来定义。而动态分配数组时，只需指定类型和数组长度，不必为数组对象命名，new 表达式返回指向新分配数组的第一个元素的指针】：

int *pia = new int[10]; // array of 10uninitialized ints

此 new 表达式分配了一个含有 10个 int 型元素的数组，并返回指向该数组第一个元素的指针，此返回值初始化了指针 pia。new 表达式需要指定指针类型以及在方括号中给出的数组维数，该维数可以是任意的复杂表达式。【创建数组后，new 将返回指向数组第一个元素的指针。在自由存储区中创建的数组对象是没有名字的，程序员只能通过其地址间接地访问堆中的对象。】

初始化动态分配的数组

动态分配数组时，如果数组元素具有类类型，将使用该类的默认构造函数（第2.3.4 节）实现初始化；如果数组元素是内置类型，则无初始化：

string *psa = new string[10]; // array of10 empty strings

int *pia = new int[10]; // array of 10uninitialized ints

这两个 new 表达式都分配了含有10 个对象的数组。其中第一个数组是 string类型，分配了保存对象的内存空间后，将调用 string 类型的默认构造函数依次初始化数组中的每个元素。第二个数组则具有内置类型的元素，分配了存储 10个 int 对象的内存空间，但这些元素没有初始化。也可使用跟在数组长度后面的一对空圆括号，对数组元素做值初始化（第

3.3.1 节）：

int *pia2 = new int[10] ( ); // array of 10uninitialized ints

圆括号要求编译器对数组做值初始化，在本例中即把数组元素都设置为0。对于动态分配的数组，其元素只能初始化为元素类型的默认值，而不能像数组变量一样，用初始化列表为数组元素提供各不相同的初值。

const 对象的动态数组

如果我们在自由存储区中创建的数组存储了内置类型的 const 对象，则必须为这个数组提供初始化：因为数组元素都是 const 对象，无法赋值。实现这个要求的唯一方法是对数组做值初始化：

// error: uninitialized const array

const int *pci_bad = new const int[100];

// ok: value-initialized const array

const int *pci_ok = new const int[100]();

C++ 允许定义类类型的 const 数组，但该类类型必须提供默认构造函数：

// ok: array of 100 empty strings

const string *pcs = new const string[100];

在这里，将使用 string 类的默认构造函数初始化数组元素。当然，已创建的常量元素不允许修改——因此这样的数组实际上用处不大。

允许动态分配空数组

之所以要动态分配数组，往往是由于编译时并不知道数组的长度。我们可以编写如下代码：

size_t n = get_size( ); // get_size returnsnumber of elements needed

int* p = new int[n];

for (int* q = p; q != p + n; ++q)

/* process the array */ ;

计算数组长度，然后创建和处理该数组。有趣的是，如果 get_size 返回 0 则会怎么样？答案是：代码仍然正确执行。C++ 虽然不允许定义长度为 0 的数组变量，但明确指出，调用 new 动态创建长度为 0 的数组是合法的：

char arr[0]; // error: cannot definezero-length array

char *cp = new char[0]; // ok: but cp can‘tbe dereferenced

用 new 动态创建长度为 0 的数组时，new 返回有效的非零指针。该指针与new 返回的其他指针不同，不能进行解引用操作，因为它毕竟没有指向任何元素。而允许的操作包括：比较运算，因此该指针能在循环中使用；在该指针上加（减）0；或者减去本身，得 0 值。

在上述例题中，如果 get_size 返回 0，则仍然可以成功调用 new，但是p并没有指向任何对象，数组是空的。因为 n 为 0，所以 for 循环实际比较的是p 和 q，而 q 是用 p 初始化的，两者具有相等的值，因此 for 循环条件不成立，循环体一次都没有执行。

动态空间的释放

动态分配的内存最后必须进行释放，否则，内存最终将会逐渐耗尽。如果不再需要使用动态创建的数组，程序员必须显式地将其占用的存储空间返还给程序的自由存储区。C++ 语言为指针提供 delete [] 表达式释放指针所指向的数组空间：

delete [] pia;

该语句回收了 pia 所指向的数组，把相应的内存返还给自由存储区。在关键字 delete 和指针之间的空方括号对是必不可少的：它告诉编译器该指针指向的是自由存储区中的数组，而并非单个对象。

如果遗漏了空方括号对，这是一个编译器无法发现的错误，将导致程序在运行时出错。理论上，回收数组时缺少空方括号对，至少会导致运行时少释放了内存空间，从而产生内存泄漏（memory leak）。对于某些系统和/或元素类型，有可能会带来更严重的运行时错误。因此，在释放动态数组时千万别忘了方括号对。

C 风格字符串与 C++ 的标准库类型string 的比较

以下两段程序反映了使用 C 风格字符串与 C++ 的标准库类型 string的不同之处。使用 string 类型的版本更短、更容易理解，而且出错的可能性更小：

// C-style character string implementation

const char *pc = "a very long literalstring";

const size_t len = strlen(pc +1); // spaceto allocate

// performance test on string allocationand copy

for (size_t ix = 0; ix != 1000000; ++ix) {

char *pc2 = new char[len + 1]; // allocatethe space

strcpy(pc2, pc); // do the copy

if (strcmp(pc2, pc)) // use the new string

; // do nothing

delete [] pc2; // free the memory

}

// string implementation

string str("a very long literalstring");

// performance test on string allocationand copy

for (int ix = 0; ix != 1000000; ++ix) {

string str2 = str; // do the copy,automatically

allocated

if (str != str2) // use the new string

; // do nothing

}

// str2 is

automatically freed

这些程序将在4.3.1 节的习题中做进一步探讨。

动态数组的使用

通常是因为在编译时无法知道数组的维数，所以才需要动态创建该数组。例如，在程序执行过程中，常常使用char*指针指向多个C 风格字符串，于是必须根据每个字符串的长度实时地动态分配存储空间。采用这种技术要比建立固定大小的数组安全。如果程序员能够准确计算出运行时需要的数组长度，就不必再担心因数组变量具有固定的长度而造成的溢出问题。

假设有以下C 风格字符串：

const char *noerr = "success";

// ...

const char *err189 = "Error: afunction declaration must "

"specify a function returntype!";

我们想在运行时把这两个字符串中的一个复制给新的字符数组，于是可以用以下程序在运行时计算维数：

const char *errorTxt;

if (errorFound)

errorTxt = err189;

else

errorTxt = noerr;

// remember the 1 for the terminating null

int dimension = strlen(errorTxt) + 1;

char *errMsg = new char[dimension];

// copy the text for the error into errMsg

strncpy (errMsg, errorTxt, dimension);

别忘记标准库函数 strlen 返回的是字符串的长度，并不包括字符串结束符，在获得的字符串长度上必须加 1 以便在动态分配时预留结束符的存储空间。