C++中动态内存分配引发问题的解决方案

来源：互联网发布：计算机一级题库软件编辑：程序博客网时间：2024/05/19 23:02

假设我们要开发一个String类，它可以方便地处理字符串数据。我们可以在类中声明一个数组，考虑到有时候字符串极长，我们可以把数组大小设为200，但一般的情况下又不需要这么多的空间，这样是浪费了内存。对了，我们可以使用new操作符，这样是十分灵活的，但在类中就会出现许多意想不到的问题，本文就是针对这一现象而写的。现在，我们先来开发一个String类，但它是一个不完善的类。的确，我们要刻意地使它出现各种各样的问题，这样才好对症下药。好了，我们开始吧！

/* String.h */
#ifndef STRING_H_
#define STRING_H_
class String
{
private:
char * str; //存储数据
int len; //字符串长度
public:
String(const char * s); //构造函数
String(); // 默认构造函数
~String(); // 析构函数
friend ostream & operator<<(ostream & os,const String& st);
};
#endif

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/*String.cpp*/
#include <iostream＞
#include <cstring＞
#include "String.h"
using namespace std;
String::String(const char * s)
{
len = strlen(s);
str = new char[len + 1];
strcpy(str, s);
}//拷贝数据
String::String()
{
len =0;
str = new char[len+1];
str[0]='"0';
}
String::~String()
{
cout<<"这个字符串将被删除："<<str<<'"n';//为了方便观察结果，特留此行代码。
delete [] str;
}
ostream & operator<<(ostream & os, const String & st)
{
os << st.str;
return os;
}

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/*test_right.cpp*/
#include <iostream＞
#include <stdlib.h＞
#include "String.h"
using namespace std;
int main()
{
String temp("大家网");
cout<<temp<<'"n';
system("PAUSE");
return 0;
}

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运行结果：

　　大家网

　　请按任意键继续. . .

　　大家可以看到，以上程序十分正确，而且也是十分有用的。可是，我们不能被表面现象所迷惑！下面，请大家用test_String.cpp文件替换test_right.cpp文件进行编译，看看结果。有的编译器可能就是根本不能进行编译！

/*test_String.cpp:*/
#include <iostream＞
#include <stdlib.h＞
#include "String.h"
using namespace std;
void show_right(const String&);
void show_String(const String);//注意，参数非引用，而是按值传递。
int main()
{
String test1("第一个范例。");
String test2("第二个范例。");
String test3("第三个范例。");
String test4("第四个范例。");
cout<<"下面分别输入三个范例："n";
cout<<test1<<endl;
cout<<test2<<endl;
cout<<test3<<endl;
String* String1=new String(test1);
cout<<*String1<<endl;
delete String1;
cout<<test1<<endl; //在Dev-cpp上没有任何反应。
cout<<"使用正确的函数："<<endl;
show_right(test2);
cout<<test2<<endl;
cout<<"使用错误的函数："<<endl;
show_String(test2);
cout<<test2<<endl; //这一段代码出现严重的错误！
String String2(test3);
cout<<"String2: "<<String2<<endl;
String String3;
String3=test4;
cout<<"String3: "<<String3<<endl;
cout<<"下面，程序结束，析构函数将被调用。"<<endl;
return 0;
}
void show_right(const String& a)
{
cout<<a<<endl;
}
void show_String(const String a)
{
cout<<a<<endl;
}

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运行结果：

　　下面分别输入三个范例：

　　第一个范例。

　　第二个范例。

　　第三个范例。

　　第一个范例。

　　这个字符串将被删除：第一个范例。

　　使用正确的函数：

　　

　　第二个范例。

　　第二个范例。

　　使用错误的函数：

　　第二个范例。

　　这个字符串将被删除：第二个范例。

　　这个字符串将被删除：?=

　　?=

　　String2: 第三个范例。

　　String3: 第四个范例。

　　下面，程序结束，析构函数将被调用。

　　这个字符串将被删除：第四个范例。

　　这个字符串将被删除：第三个范例。

　　这个字符串将被删除：?=

　　这个字符串将被删除：x =

　　这个字符串将被删除：?=

　　这个字符串将被删除：

现在，请大家自己试试运行结果，或许会更加惨不忍睹呢！下面，我为大家一一分析原因。

首先，大家要知道，C＋＋类有以下这些极为重要的函数：

一：复制构造函数。

二：赋值函数。

我们先来讲复制构造函数。什么是复制构造函数呢？比如，我们可以写下这样的代码：String test1(test2);这是进行初始化。我们知道，初始化对象要用构造函数。可这儿呢？按理说，应该有声明为这样的构造函数：String(const String &);可是，我们并没有定义这个构造函数呀？答案是，C＋＋提供了默认的复制构造函数，问题也就出在这儿。

（1）：什么时候会调用复制构造函数呢？（以String类为例。）

　　在我们提供这样的代码：String test1(test2)时，它会被调用；当函数的参数列表为按值传递，也就是没有用引用和指针作为类型时，如：void show_String(const String)，它会被调用。其实，还有一些情况，但在这儿就不列举了。

（2）：它是什么样的函数。

它的作用就是把两个类进行复制。拿String类为例，C＋＋提供的默认复制构造函数是这样的：

String(const String& a)
{
str=a.str;
len=a.len;
}

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在平时，这样并不会有任何的问题出现，但我们用了new操作符，涉及到了动态内存分配，我们就不得不谈谈浅复制和深复制了。以上的函数就是实行的浅复制，它只是复制了指针，而并没有复制指针指向的数据，可谓一点儿用也没有。打个比方吧！就像一个朋友让你把一个程序通过网络发给他，而你大大咧咧地把快捷方式发给了他，有什么用处呢？我们来具体谈谈：

假如，A对象中存储了这样的字符串：“C＋＋”。它的地址为2000。现在，我们把A对象赋给B对象：String B=A。现在，A和B对象的str指针均指向2000地址。看似可以使用，但如果B对象的析构函数被调用时，则地址2000处的字符串“C＋＋”已经被从内存中抹去，而A对象仍然指向地址2000。这时，如果我们写下这样的代码：cout<<A<<endl;或是等待程序结束，A对象的析构函数被调用时，A对象的数据能否显示出来呢？只会是乱码。而且，程序还会这样做：连续对地址2000处使用两次delete操作符，这样的后果是十分严重的！

本例中，有这样的代码：

String* String1=new String(test1);
cout<<*String1<<endl;
delete String1;

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假设test1中str指向的地址为2000,而String中str指针同样指向地址2000，我们删除了2000处的数据，而test1对象呢？已经被破坏了。大家从运行结果上可以看到，我们使用cout<<test1时，一点反应也没有。而在test1的析构函数被调用时，显示是这样： “这个字符串将被删除：”。

再看看这段代码：

cout<<"使用错误的函数："<<endl;
show_String(test2);
cout<<test2<<endl;//这一段代码出现严重的错误！

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show_String函数的参数列表void show_String(const String a)是按值传递的，所以，我们相当于执行了这样的代码：String a=test2;函数执行完毕，由于生存周期的缘故，对象a被析构函数删除，我们马上就可以看到错误的显示结果了：这个字符串将被删除：?=。当然，test2也被破坏了。解决的办法很简单，当然是手工定义一个复制构造函数喽！人力可以胜天！

String::String(const String& a)
{
len=a.len;
str=new char(len+1);
strcpy(str,a.str);
}

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我们执行的是深复制。这个函数的功能是这样的：假设对象A中的str指针指向地址2000，内容为“I am a C++ Boy!”。我们执行代码String B=A时，我们先开辟出一块内存，假设为3000。我们用strcpy函数将地址2000的内容拷贝到地址3000中，再将对象B的str指针指向地址 3000。这样，就互不干扰了。

大家把这个函数加入程序中，问题就解决了大半，但还没有完全解决，问题在赋值函数上。我们的程序中有这样的段代码：

String String3;
String3=test4;

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经过我前面的讲解，大家应该也会对这段代码进行寻根摸底：凭什么可以这样做：String3=test4？？？原因是，C＋＋为了用户的方便，提供的这样的一个操作符重载函数：operator=。所以，我们可以这样做。大家应该猜得到，它同样是执行了浅复制，出了同样的毛病。比如，执行了这段代码后，析构函数开始大展神威^_^。由于这些变量是后进先出的，所以最后的String3变量先被删除：这个字符串将被删除：第四个范例。很正常。最后，删除到test4的时候，问题来了：这个字符串将被删除：?=。原因我不用赘述了，只是这个赋值函数怎么写，还有一点儿学问呢！大家请看：

平时，我们可以写这样的代码：x=y=z。（均为整型变量。）而在类对象中，我们同样要这样，因为这很方便。而对象A=B=C就是 A.operator=(B.operator=(c))。而这个operator=函数的参数列表应该是：const String& a，所以，大家不难推出，要实现这样的功能，返回值也要是String&，这样才能实现A＝B＝C。我们先来写写看：

String& String::operator=(const String& a)
{
delete [] str;//先删除自身的数据
len=a.len;
str=new char[len+1];
strcpy(str,a.str);//此三行为进行拷贝
return *this;//返回自身的引用
}

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是不是这样就行了呢？我们假如写出了这种代码：A=A，那么大家看看，岂不是把A对象的数据给删除了吗？这样可谓引发一系列的错误。所以，我们还要检查是否为自身赋值。只比较两对象的数据是不行了，因为两个对象的数据很有可能相同。我们应该比较地址。以下是完好的赋值函数：

String& String::operator=(const String& a)
{
if(this==&a)
return *this;
delete [] str;
len=a.len;
str=new char[len+1];
strcpy(str,a.str);
return *this;
}

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把这些代码加入程序，问题就完全解决，下面是运行结果：

　　下面分别输入三个范例：

　　第一个范例

　　第二个范例

　　第三个范例

　　第一个范例

　　这个字符串将被删除：第一个范例。

　　第一个范例

　　　使用正确的函数：

　　第二个范例。

　　第二个范例。

　　　使用错误的函数：

　　第二个范例。

　　这个字符串将被删除：第二个范例。

　　第二个范例。

　　String2: 第三个范例。

　　String3: 第四个范例。

　　下面，程序结束，析构函数将被调用。

　　这个字符串将被删除：第四个范例。

　　这个字符串将被删除：第三个范例。

　　这个字符串将被删除：第四个范例。

　　这个字符串将被删除：第三个范例。

　　这个字符串将被删除：第二个范例。

　　这个字符串将被删除：第一个范例。