35-使用new来创建动态数组

4.7.6　使用new来创建动态数组

如果程序只需要一个值，则可能会声明一个简单变量，因为对于管理一个小型数据对象来说，这样做比使用new和指针更简单，尽管给人留下的印象不那么深刻。通常，对于大型数据（如数组、字符串和结构），应使用new，这正是new的用武之地。例如，假设要编写一个程序，它是否需要数组取决于运行时用户提供的信息。如果通过声明来创建数组，则在程序被编译时将为它分配内存空间。不管程序最终是否使用数组，数组都在那里，它占用了内存。在编译时给数组分配内存被称为静态联编（static binding），意味着数组是在编译时加入到程序中的。但使用new时，如果在运行阶段需要数组，则创建它；如果不需要，则不创建。还可以在程序运行时选择数组的长度。这被称为动态联编（dynamic binding），意味着数组是在程序运行时创建的。这种数组叫作动态数组（dynamic array）。使用静态联编时，必须在编写程序时指定数组的长度；使用动态联编时，程序将在运行时确定数组的长度。

下面来看一下关于动态数组的两个基本问题：如何使用C++的new运算符创建数组以及如何使用指针访问数组元素。

1．使用new创建动态数组

在C++中，创建动态数组很容易；只要将数组的元素类型和元素数目告诉new即可。必须在类型名后加上方括号，其中包含元素数目。例如，要创建一个包含10个int元素的数组，可以这样做：

int * psome = new int [10]; // get a block of 10 ints

new运算符返回第一个元素的地址。在这个例子中，该地址被赋给指针psome。

当程序使用完new分配的内存块时，应使用delete释放它们。然而，对于使用new创建的数组，应使用另一种格式的delete来释放：

delete [] psome; // free a dynamic array

方括号告诉程序，应释放整个数组，而不仅仅是指针指向的元素。请注意delete和指针之间的方括号。如果使用new时，不带方括号，则使用delete时，也不应带方括号。如果使用new时带方括号，则使用delete时也应带方括号。C++的早期版本无法识别方括号表示法。然而，对于ANSI/ISO标准来说，new与delete的格式不匹配导致的后果是不确定的，这意味着程序员不能依赖于某种特定的行为。下面是一个例子：

int * pt = new int;
short * ps = new short [500];
delete [] pt;  // effect is undefined, don't do it
delete ps;     // effect is undefined, don't do it

总之，使用new和delete时，应遵守以下规则。

• 不要使用delete来释放不是new分配的内存。
• 不要使用delete释放同一个内存块两次。
• 如果使用new [ ]为数组分配内存，则应使用delete [ ]来释放。
• 如果使用new为一个实体分配内存，则应使用delete（没有方括号）来释放。
• 对空指针应用delete是安全的。

现在我们回过头来讨论动态数组。psome是指向一个int（数组第一个元素）的指针。您的责任是跟踪内存块中的元素个数。也就是说，由于编译器不能对psome是指向10个整数中的第1个这种情况进行跟踪，因此编写程序时，必须让程序跟踪元素的数目。

实际上，程序确实跟踪了分配的内存量，以便以后使用delete [ ]运算符时能够正确地释放这些内存。但这种信息不是公用的，例如，不能使用sizeof运算符来确定动态分配的数组包含的字节数。

为数组分配内存的通用格式如下：

type_name * pointer_name = new type_name [num_elements];

使用new运算符可以确保内存块足以存储num_elements个类型为type_name的元素，而pointer_name将指向第1个元素。下面将会看到，可以以使用数组名的方式来使用pointer_name。

2．使用动态数组

创建动态数组后，如何使用它呢？首先，从概念上考虑这个问题。下面的语句创建指针psome，它指向包含10个int值的内存块中的第1个元素：

int * psome = new int [10]; // get a block of 10 ints

可以将它看作是一根指向该元素的手指。假设int占4个字节，则将手指沿正确的方向移动4个字节，手指将指向第2个元素。总共有10个元素，这就是手指的移动范围。因此，new语句提供了识别内存块中每个元素所需的全部信息。

现在从实际角度考虑这个问题。如何访问其中的元素呢？第1个元素不成问题。由于psome指向数组的第1个元素，因此psome是第1个元素的值。这样，还有9个元素。如果没有使用过C语言，下面这种最简单的方法可能会令您大吃一惊：只要把指针当作数组名使用即可。也就是说，对于第1个元素，可以使用psome[0]，而不是psome；对于第2个元素，可以使用psome[1]，依此类推。这样，使用指针来访问动态数组就非常简单了，虽然还不知道为何这种方法管用。可以这样做的原因是，C和C++内部都使用指针来处理数组。数组和指针基本等价是C和C++的优点之一（这在有时候也是个问题，但这是另一码事）。稍后将更详细地介绍这种等同性。首先，程序清单4.18演示了如何使用new来创建动态数组以及使用数组表示法来访问元素；它还指出了指针和真正的数组名之间的根本差别。

程序清单4.18　arraynew.cpp

// arraynew.cpp -- using the new operator for arrays
#include <iostream>
int main()
{
    using namespace std;
    double * p3 = new double [3];  // space for 3 doubles
    p3[0] = 0.2;                   // treat p3 like an array name
    p3[1] = 0.5;
    p3[2] = 0.8;
    cout << "p3[1] is " << p3[1] << ".\n";
    p3 = p3 + 1;                  // increment the pointer
    cout << "Now p3[0] is " << p3[0] << " and ";
    cout << "p3[1] is " << p3[1] << ".\n";
    p3 = p3 - 1;                 // point back to beginning
    delete [] p3;                // free the memory
    return 0;
}

下面是该程序的输出：

p3[1] is 0.5.
Now p3[0] is 0.5 and p3[1] is 0.8.

从中可知，arraynew.cpp将指针p3当作数组名来使用，p3[0]为第1个元素，依次类推。下面的代码行指出了数组名和指针之间的根本差别：

p3 = p3 + 1; // okay for pointers, wrong for array names

不能修改数组名的值。但指针是变量，因此可以修改它的值。请注意将p3加1的效果。表达式p3[0]现在指的是数组的第2个值。因此，将p3加1导致它指向第2个元素而不是第1个。将它减1后，指针将指向原来的值，这样程序便可以给delete[ ]提供正确的地址。

相邻的int地址通常相差2个字节或4个字节，而将p3加1后，它将指向下一个元素的地址，这表明指针算术有一些特别的地方。情况确实如此。