7.6 动态内存：new 与 delete

内存分区与为什么需要堆

程序运行时的内存大致分成几块：代码区（指令）、数据区（全局/静态变量）、栈区（stack，存放局部变量，由编译器自动分配和释放）、堆区（heap，由程序员手动分配和释放）。

栈上的局部数组在函数返回后就被释放了，所以不能把它的地址返回给调用者。另外，数组一旦声明，容量就固定了。当数组大小要在运行时才决定，或数据需要在函数返回后继续存在时，就需要在堆上动态申请内存。

new 与 delete

在 C++ 中，new 在堆上申请对象并返回带类型的指针。new[] 申请数组。用完后，单个对象用 delete 释放，数组用 delete[] 释放，否则会造成内存泄漏（memory leak）。

int *arr = new int[n];

// ... 使用 arr ...

delete[] arr;               // 用完释放

如果希望申请失败时返回 nullptr，而不是抛出异常，可以使用 std::nothrow。

#include <new>

int *arr = new (std::nothrow) int[n];
if (arr == nullptr) {
    return 1;               // 申请失败
}

初始化与调整大小

new int[n] 不会把每个元素初始化成确定值。new int[n]() 会对元素做值初始化，所以整数会变成 0。

int *arr = new int[n]();    // 全部为 0

用 new[] 申请的原始数组不能直接调整大小。如果要手动扩容，需要申请新数组，复制旧值，释放旧数组，再保存新指针。

int *next = new int[new_size];
for (int i = 0; i < old_size; i++) {
    next[i] = arr[i];
}
delete[] arr;
arr = next;

下面的函数在堆上生成斐波那契数列并返回，由调用者在用完后负责 delete[]：

int *generate_fibonacci(int n) {
    int *arr = new (std::nothrow) int[n];
    if (arr == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    arr[0] = 1;
    arr[1] = 1;
    for (int i = 2; i < n; i++) {
        arr[i] = arr[i - 1] + arr[i - 2];
    }
    return arr;
}

使用动态内存时要格外谨慎：使用 std::nothrow 时检查 nullptr、避免越界、避免重复释放、delete 之后不要再使用旧指针。