C++堆内存空间详解(释放内存、内存泄露)

家里要来客人了，我们要给客人们泡茶。如果规定只能在确定来几位客人之前就把茶泡好，这就会显得很尴尬：茶泡多了会造成浪费，泡少了怕怠慢了客人。所以，最好的方法就是等知道了来几位客人再泡茶，来几位客人就泡几杯茶。

然而，我们在使用数组的时候也会面临这种尴尬：数组的存储空间必须在程序运行前申请，即数组的大小在编译前必须是已知的常量表达式。空间申请得太大会造成浪费，空间申请得太小会造成数据溢出而使得程序异常。所以，为了解决这个问题，我们需要能够在程序运行时根据实际情况申请内存空间。

在C++中，允许我们在程序运行时根据自己的需要申请一定的内存空间，我们把它称为堆内存（Heap）空间。

如何获得堆内存空间

我们用操作符new来申请堆内存空间，其语法格式为：
    new 数据类型[表达式]；

其中，表达式可以是一个整型正常量，也可以是一个有确定值的整型正变量，其作用类似声明数组时的元素个数，所以两旁的中括号不可省略。如果我们只申请一个变量的空间，则该表达式可以被省略，即写作：
    new 数据类型；

使用new操作符后，会返回一个对应数据类型的指针，该指针指向了空间的首元素。所以，我们在使用new操作符之前需要声明一个对应类型的指针，来接受它的返回值。如下面程序段：
int *iptr;//声明一个指针
int size;//声明整型变量，用于输入申请空间的大小
cin >>size;//输入一个正整数
iptr=new int[size];//申请堆内存空间，接受new的返回值

我们又知道，数组名和指向数组首元素的指针是等价的。所以，对于iptr我们可以认为是一个整型数组。于是，我们实现了在程序运行时，根据实际情况来申请内存空间。

释放内存

当一个程序运行完毕之后，它所使用的数据就不再需要。由于内存是有限的，所以它原来占据的内存空间也应该释放给别的程序使用。对于普通变量和数组，在程序结束运行以后，系统会自动将它们的空间回收。然而对于我们自己分配的堆内存空间，大多数系统都不会将它们回收。如果我们不人为地对它们进行回收，只“借”不“还”，那么系统资源就会枯竭，电脑的运行速度就会越来越慢，直至整个系统崩溃。我们把这种只申请空间不释放空间的情况称为内存泄露（Memory Leak）。

确认申请的堆内存空间不再使用后，我们用delete操作符来释放堆内存空间，其语法格式为：
    delete [] 指向堆内存首元素的指针；

如果申请的是一个堆内存变量，则delete后的[]可以省略；如果申请的是一个堆内存数组，则该[]不能省略，否则还是会出现内存泄露。另外，我们也不难发现，delete后的指针就是通过new获得的指针，如果该指针的数据被修改或丢失，也可能造成内存泄露。

下面我们来看一段程序，实践堆内存的申请和回收：（程序8.7）

#include "iostream.h"
int main()
{
   int size;
   float sum=0;
   int *heapArray;
   cout <<"请输入元素个数：";
   cin >>size;
   heapArray=new int[size];
   cout <<"请输入各元素：" <<endl;
   for (int i=0;i<size;i++)
   {
      cin >>heapArray[i];
      sum=sum+heapArray[i];
   }
   cout <<"这些数的平均值为" <<sum/size <<endl;
   delete [] heapArray;
   return 0;
}

运行结果：
请输入元素个数：5
请输入各元素：1 3 4 6 8
这些数的平均值为4.4

可见，申请的堆内存数组在使用上和一般的数组并无差异。我们需要记住的是，申请了资源用完了就一定要释放，这是程序员的好习惯，也是一种责任。

那么，我们能不能来申请一个二维的堆内存数组呢？事实上，new 数据类型[表达式][表达式]的写法是不允许的。所以，如果有需要，最简单的方法就是用一个一维数组来代替一个二维数组。这就是上一章最后一小段文字的意义所在。