C/C++动态内存分配 malloc、new、vector（简单讲述）

路虽远，行则将至

事虽难，做则必成

今天来主要讲C++中动态内存分配

其中会穿插一些C的内容以及两者的比较

如果对C语言中的动态内存分配还不够理解的同学

可以看看我之前的博客:C语言动态分配

在讲解C++的动态内存分配之前

我们先讲一下C++内存模型：

C++内存分配模型

C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域：

代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的
全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等
堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

意义：不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们更大的灵活编程

栈区内存和堆区内存的区别

栈区内存是由编译器管理的，出了定义域就会被系统销毁

这里用代码展示：

#include<iostream>
using namespace std;
int* fun()
{
	int a = 10;              //局部变量存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后释放
	return &a;               //返回变量a的地址
}
int main()
{
	int* p = fun();          //接受函数fun的返回值
	cout << "" << *p << endl;//这里能打印10是因为编译器在释放的会进行一次保留
	cout << "" << *p << endl;//这里出现乱码是因为空间被编译器销毁了
	system("pause");
	return 0;
}

1.第一次打印原值是因为编译器在释放时会进行一次保留

2.第二次出现乱码是因为出函数定义域空间被编译器销毁

由于栈区的内存出了定义域会被系统销毁不满足某些程序需求

于是我们引进了由程序员掌控的动态内存

堆区内存（也就是我们说的动态内存）是由我们程序员分配的，由程序员进行管理

C++中动态内存开辟关键字new

我们可以通过new和delete（关键字）操作符进行动态内存管理

#include<iostream>
using namespace std;
int* fun()
{
	                     //利用new关键字可以将数据开辟到堆区
	int* p = new int(10);//动态申请一个int类型的空间并初始化为10
	return p;
}
int main()
{
	int* ptr = fun();
	cout << "" << *ptr << endl;
	cout << "" << *ptr << endl;
	delete ptr;//释放空间
	system("pause");
	return 0;
}

1.数据10是开辟在堆区的在程序没有结束之前是由程序员控制

2.指针本质也是局部变量放在栈上指针保存的数据是放在堆区

new还可以申请连续的空间：
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int* a = new int[5];
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		a[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		cout << "" << a[i] << endl;
	}
	delete[] a;
	system("pause");
	return 0;
}
注意：

申请和释放单个元素的空间，使用 new和delete

申请和释放连续的空间，使用new[]和delete[]

注意：匹配起来使用

C&C++的动态开辟的区别

首先我们在介绍一下C语言中malloc开辟动态空间

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<assert.h>
using namespace std;
int* fun()
{
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int));//开辟空间
	assert(p);//断言开辟释放成功
	*p = 10;
	return p;
}
int main()
{
	int* ptr = fun();
	printf("%d\n", *ptr);
	printf("%d\n", *ptr);
	free(ptr);//释放空间
	system("pause");
	return 0;
}

C&C++的动态开辟的区别：

相同点：

都是从堆上申请空间，并且需要用户手动释放

不同点：

1. malloc 和 free 是函数， new 和 delete 是操作符

2. malloc申请的空间不会初始化，new可以初始化

3. malloc申请空间时，需要手动计算空间大小并传递，new只需在其后跟上空间的类型即可

如果是多个对象，[]中指定对象个数即可

4. malloc的返回值为void*, 在使用时必须强转，new不需要，因为new后跟的是空间的类型

5. malloc申请空间失败时，返回的是NULL，因此使用时必须判空，new不需要，但是new需

要捕获异常

C++中vector开辟动态数组

template < class T, class Alloc = allocator<T> > class vector
容器的大小：vector是一个动态数组，可以根据需要自动调整大小一它会根据素的数量动态分配内存空间

vector还可以使用一些功能：

vector增删查改

接口说明

push_back （重点）尾插

pop_back （重点）尾删

find 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector 的成员接口）

insert 在position 之前插入 val

erase 删除position 位置的数据

swap 交换两个vector 的数据空间

operator[ ] （重点）像数组一样访问

选代器

vector提供了迭代器，可以用于遍历容器中的元素。可以使用 begin() 函数获取指向第个元素的迭代器，使用 end() 函数获取指向最后一个元素之后位置的迭代器

容器大小管理

可以使用 size() 函数获取vector中元素的数量，使用 empty() 函数检查vector是否为空

元素访问

可以通过索引来访闻vector中的元素。索引从0开始，最后一个元素的索引是 size 可以使用[]运算符或 at() 函数来访元素

接下来我们将介绍vector的常见用法（记得包含头文件#include <vector>哦）:

vector的初始化（1）

vector开辟5个整型大小的连续空间，未赋初值

<>尖括号为元素类型名，它可以是任何合法的数据类型

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> a(5);//开辟动态数组
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		a[i] = i;
	}
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		cout << a[i] << " ";
	}
	return 0;
}

vector的初始化（2）

开辟5个整型大小的空间并赋值为1

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> a(5,1);
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		cout << a[i] << " ";
	}
	return 0;
}

vector的初始化（3）

vector<int> v = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,0 };

可以直接给动态数组赋初值

vector的常见用法（1）：push_back

作用：将元素添加到vector的末尾

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		v.push_back(i);//尾插
	}
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	return 0;
}

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(5);
	v.push_back(2);
	v.push_back(8);
	v.push_back(1);
	v.push_back(5);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)//size计算数组的长度
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	return 0;
}

vector的常见用法（2）：迭代器

常用于排序

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,0 };
	sort(v.begin(), v.end());
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	return 0;
}

vector的常见用法（3）：erase

常用于排序去重

首先，需要对vector进行排序，以便相同的元素相邻。

然后，unique函数将重复的元素移动到vector的末尾，并返回一个指向第一个重复元素的迭代器

最后，可以使用v.erase函数将重复元素从vector中删除

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v = { 2,1,3,2,4,1,5,4 };
	sort(v.begin(), v.end());            //排序：1 1 2 2 3 4 4 5
	auto rs = unique(v.begin(), v.end());//将重复元素丢在后面：1 2 3 4 5 1 2 4
	v.erase(rs, v.end());                //从第一个重复元素开始到结束的都删除
	for (const auto& num : v)
	{
		cout << num << " ";
	}
	return 0;
}

vector的常见用法（4）：empty

常用来检查vector是否为空

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(5);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.erase(v.begin() + 2);//删除位置3的元素
	if (v.empty())
	{
		cout << "vector为空" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "vector不为空" << endl;
	}
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << "\n";
	v.clear();//清空vector中的元素
	if (v.empty())
	{
		cout << "vector为空" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "vector不为空" << endl;
	}
	return 0;
}

vector的常见用法（5）：find

在任何容器中查找指定元素，返回一个迭代器指向第一个匹配的元素

常用于在一组数据中查找某一元素是否存在

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,0};
    auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);
    if (it != v.end())
        cout << "找到了元素 " << *it << '\n';
    else
        cout << "找不到元素" << *it << '\n';
}

vector的常见用法（6）：pop_back

常用于删除末尾元素

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v = { 1,3,5,7,9,2,4,6,8,0};
    v.pop_back();
    v.pop_back();
    v.pop_back();
    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << " ";
    }
    return 0;
}