指针与堆内存

本文介绍了堆内存的概念、使用原因及方式。堆内存为动态分配内存,可根据需求调整大小,提高内存利用率。

什么是堆内存?
首先需要知道,堆内存指的是计算机内存中除了操作系统、程序、程序变量之外,剩余的内存空间。想要使用堆内存,只能通过指针的方式来申请使用,如果堆内存有足够的空间,就会把申请的这块内存的首地址返回,以便以后能够去使用这块堆内存。
为什么要使用堆内存?
我们在使用内存存储数据的时候,如果不使用堆内存,那么我们的内存空间就是固定的。就比如,我们用数组array[]来存放和操作数据,那么我们在申明这个数组的时候,就必须明确定义这个数组的长度,以便操作系统给我们的数组分配内存空间,但是这是有局限性的,如果后面用到的数据比现在定义的数组要大,那就比较麻烦了。同时数组还存在一个问题,就是它的生命周期是很长的,需要长期占有内存空间。而使用动态申请堆内存的方式,我们的数据大小不用局限于固定的范围,因为可以动态申请内存空间,如果不够用就申请。同时,堆内存在使用之后,可以马上释放,对于内存的利用比较合理。
怎样使用堆内存?
通过 malloc( )函数来分配堆内存,通过 free( )函数来释放分配堆的内存。
int * temps;
temps = (int ) malloc(10 sizeof(int));
这段代码首先定义了一个指针变量,然后通过malloc函数来申请10个int数据的空间,然后把这段内存的首地址赋值给指针变量temps。
需要注意的是,这里用了一个强转(int *),这是由于malloc函数返回的总是一个字符型指针,所以如果你用malloc()来分配其他类型的数据,就需要强转才行。

### 动态矩阵、指针堆内存分配的概念 在C/C++编程环境中,动态矩阵是指大小可以在程序运行期间确定并调整的二维数组。为了创建这样的结构,通常会利用指针来指向由操作系统提供的堆内存区域。 #### 堆内存分配机制 当声明一个常规局部变量时,这些对象被放置于栈(stack)上;然而对于那些尺寸未知直到执行阶段才知晓的数据结构,则需借助于堆(heap)[^2]。堆是一个更大的内存池,程序员可以通过调用`malloc()`(C语言)/`new`(C++)函数族请求任意数量连续字节的空间,并获得指向该块起始位置的地址——即所谓的“指针”。 #### 使用指针管理动态矩阵 考虑到多维数组本质上是一系列线性排列的一维子集,因此可以采用双重指针(`int **`)形式表示行向量集合构成列向量的方式构建动态矩阵: ```c++ #include <iostream> using namespace std; void allocateMatrix(int*** matrix, int rows, int cols){ // 分配行指针数组 *matrix = new int*[rows]; // 对每一行分配相应宽度的整数序列 for (int i = 0; i < rows; ++i) (*matrix)[i] = new int[cols]; } // 清理资源防止泄漏 void deallocateMatrix(int**& matrix, int rows){ for (int i = 0; i < rows; ++i) delete[] matrix[i]; // 删除各行 delete[] matrix; // 解除行表头所占空间 } ``` 上述代码展示了如何初始化以及释放一块矩形布局下的整形数值网格。值得注意的是,在实际应用中应当始终确保每处显式分配出来的临时缓冲区都能得到妥善回收以免造成潜在浪费甚至溢出风险。 #### 利用智能指针简化生命周期控制 现代标准库引入了诸如`std::unique_ptr<>`, `std::shared_ptr<[]>`等模板类帮助自动追踪关联实体的存在状态及其所有权关系,从而极大程度减少了手动干预带来的错误几率: ```cpp #include <memory> // 导入smart pointer定义所在的头文件 #include <vector> auto createDynamicMatrix(const size_t row_count, const size_t col_width)->std::unique_ptr<int[], decltype(&delete[])>{ auto raw_data = static_cast<int*>(operator new[](row_count*col_width*sizeof(int))); return {raw_data,&delete[]}; } /// 或者更推荐的做法是直接使用STL容器代替原始指针操作 std::vector<std::vector<int>> make_matrix(size_t n_rows,size_t n_cols){ return vector<vector<int>>(n_rows,vector<int>(n_cols)); } ``` 这里不仅示范了传统意义上基于裸指针的手工布置方案,同时也介绍了更为安全高效的替代品——标准模板库(STL),特别是`std::vector<T>`类型能够完美胜任大多数场景下对变长列表的需求处理工作。
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