C++动态内存、迭代器、字符串及字符特性全解析

### C++ 动态内存、迭代器、字符串及字符特性全解析 #### 1. 动态内存分配 在 C++ 中，动态内存分配是一个重要的概念。我们可以使用 `new` 运算符来分配内存，并且可以通过特定的方式处理可能出现的异常。例如： ```cpp if (int* q = new (nothrow) int[1000000]) { // allocation succeeded } else { // allocation failed } ``` 上述代码使用 `new (nothrow)` 来分配一个包含 1000000 个整数的数组，这种方式不会抛出异常。如果分配成功，`q` 会指向分配的内存；如果失败，`q` 会为 `nullptr`。 从 C 语言继承而来，C++ 还提供了一套用于动态内存分配的函数接口，这些函数可以在 `<cstdlib>` 中找到： | 函数 | 功能 | | ---- | ---- | | `void* malloc(size_t s);` | 分配 `s` 字节的内存 | | `void* calloc(size_t n, size_t s);` | 分配 `n` 倍 `s` 字节的内存，并初始化为 0 | | `void free(void* p);` | 释放由 `malloc()` 或 `calloc()` 分配的内存 | | `void* realloc(void* p, size_t s);` | 将 `p` 指向的数组大小更改为 `s`；如果无法更改，则分配 `s` 字节的内存，将 `p` 指向的数组复制到新内存中，并释放 `p` | 不过，建议优先使用 `new`、`delete` 和标准容器，而避免使用这些 C 风格的内存分配函数。因为这些函数处理的是未初始化的内存，特别是 `free()` 不会调用所释放内存的析构函数。例如，使用 `new` 分配对象，然后使用 `free()` 删除对象会引发问题。如果确实需要使用 `realloc()`，可以考虑使用标准容器，通常这样更简单且效率相当。 此外，库中还提供了一组用于高效操作字节的函数，这些函数在 `<cstring>` 中，将 `void*` 指针视为 `char*` 指针： | 函数 | 功能 | | ---- | ---- | | `void* memcpy(void* p, const void* q, size_t n);` | 复制非重叠区域的 `n` 个字节 | | `void* memmove(void* p, const void* q, size_t n);` | 复制可能重叠区域的 `n` 个字节 | | `void* memchr(const void* p, int b, size_t n);` | 类似于 `strchr()`，在 `p[0]` 到 `p[n-1]` 中查找 `b` | | `int memcmp(const void* p, const void* q, size_t n);` | 类似于 `strcmp()`，比较字节序列 | | `void* memset(void* p, int b, size_t n);` | 将 `n` 个字节设置为 `b`，并返回 `p` | 许多实现为这些函数提供了高度优化的版本。 #### 2. 迭代器与分配器的使用建议 以下是一些关于迭代器和分配器的使用建议： 1. **选择合适的迭代器**：编写算法时，要确定所需的迭代器类型，以提供可接受的效率，并仅使用该类型迭代器支持的运算符来表达算法。 2. **利用重载优化算法**：当算法的参数提供了比最小支持更多的功能时，使用重载来提供更高效的实现。 3. **使用 `iterator_traits`**：使用 `iterator_traits` 为不同的迭代器类别表达合适的算法。 4. **注意流迭代器的使用**：在访问 `istream_iterator` 和 `ostream_iterator` 之间要记得使用 `++`。 5. **使用插入器避免溢出**：使用插入器来避免容器溢出。 6. **调试时增加检查**：在调试期间使用额外的检查，之后仅在必要的地方移除检查。 7. **优先使用前置自增**：优先使用 `++p` 而不是 `p++`。 8. **利用未初始化内存**：使用未初始化内存来提高扩展数据结构的算法性能。 9. **使用临时缓冲区**：使用临时缓冲区来提高需要临时数据结构的算法性能。 10. **谨慎编写自定义分配器**：在编写自己的分配器之前要三思。 11. **避免使用 C 风格分配函数**：避免使用 `malloc()`、`free()`、`realloc()` 等。 12. **模拟模板的 `typedef`**：可以使用为 `rebind` 所用的技术来模拟模板的 `typedef`。 #### 3. 字符串的基本概念 字符串是字符的序列。标准库 `string` 提供了许多字符串操作，如下标访问、赋值、比较、追加、连接和子字符串搜索等。虽然标准库 `string` 并非完美，但它能满足许多需求，并且辅助函数也易于提供，因此在大多数情况下，应优先使用标准库 `string`。 从 C 语言继承而来，C++ 也有将字符串视为以零结尾的 `char` 数组的概念，以及一组用于操作此类 C 风格字符串的函数。 #### 4. 字符集与字符特性 “字符” 是一个有趣的概念。在编程中，字符与数值之间存在对应关系，但不同字符集可能会导致同一字符有不同的数值，而且并非每个字符集都为每个字符提供值。C++ 程序员通常假设标准美国字符集（ASCII）可用，但也考虑到某