C++ 指针未访问正确的内存地址，而是访问随机内存位置

Question

我正在学习 C++，我想知道是否有人可以解释我看到的一些奇怪行为。

我目前正在学习内存管理，并且一直在使用以下代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>

using namespace std;

// pass back by pointer (old C++)
const int array_size = 1e6; // determines size of the random number array

vector<int> *RandomNumbers1()
{
    vector<int> *random_numbers = new vector<int>[array_size]; // allocate memory on the heap...
    for (int i = 0; i < array_size; i++)
    {
        int b = rand();
        (*random_numbers).push_back(b); // ...and fill it with random numbers
    }
    return random_numbers; // return pointer to heap memory
}

int main (){
    vector<int> *random_numbers = RandomNumbers1();
    for (int i = 0; i < (*random_numbers).size(); i++){
        cout << (*random_numbers)[i] + "\n";     
    }
    delete random_numbers;
}

我要做的是通过调用RandomNumbers1() 函数获取指向包含随机整数的向量的指针，然后在新行上打印每个随机数。

但是，当我运行上述代码时，我得到的不是随机数，而是各种随机信息。似乎代码正在访问内存中的随机位置并打印出内容。

现在我知道我在这里做了一些愚蠢的事情——我有一个int，我正在向它添加字符串"\n"。如果我将main() 中的代码更改为以下内容，则可以正常工作：

int main (){
    vector<int> *random_numbers = RandomNumbers1();
    for (int i = 0; i < (*random_numbers).size(); i++){
        cout << to_string((*random_numbers)[i]) + "\n";   
    }
} 

但是，我无法理解使用“错误”代码的行为 - 即如何将字符串 "\n" 添加到 (*random_numbers)[i] 导致程序访问内存的随机区域，而不是我的指针指向的位置。当然，在“添加”"\n" 之前，我已经取消引用了指针并访问了位置i 的元素？那么程序是如何访问完全不同的内存地址的呢？

Answer 1

"\n" 是一个字符串文字。它是一个数组，它被转换为指向表达式中第一个元素的指针。

(*random_numbers)[i] 是一个整数。

将指针添加到整数意味着将指针前进整数。

这将导致指针超出范围，因为 "\n" 只有 2 个元素（'\n' 和 '\0'），但从 rand() 函数返回的数字可能大于 2。

Answer 2

您的代码有几个问题。

• 您正在使用delete 而不是delete[] 来释放使用new[] 分配的数组。

• 您正在创建一个包含 1000000 个 vectors 的数组，但仅使用 1000000 个整数填充第一个 vector。您可能只想创建 1 个vector。

• 当通过指针访问对象的成员时，您可以并且应该使用-> 运算符。使用 * 和 . 运算符也可以，但更冗长且更难阅读/编码。

• 您尝试在每个数字后打印"\n"，但您使用的是+ 运算符，而您应该使用<< 运算符。您不能将字符串文字附加到整数（好吧，您可以，但它会调用 指针算术，因此结果不会是您想要的，正如您所见）。

话虽如此，请尝试更多类似的东西：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>
using namespace std;

const int array_size = 1e6; // determines size of the random number array

vector<int>* RandomNumbers1()
{
    vector<int> *random_numbers = new vector<int>;
    random_numbers->reserve(array_size);

    for (int i = 0; i < array_size; ++i)
    {
        int b = rand();
        random_numbers->push_back(b);
    }

    return random_numbers;
}

int main (){
    vector<int> *random_numbers = RandomNumbers1();

    for (size_t i = 0; i < random_numbers->size(); ++i){
        cout << (*random_numbers)[i] << "\n";
    }

    /* alternatively:
    for (int number : *random_numbers){
        cout << number << "\n";
    }
    */

    delete[] random_numbers;
}

但是，如果你要返回一个指向动态内存的指针，你真的应该把它包装在一个智能指针中，比如std::unique_ptr 或std::shared_ptr，让它为你处理delete：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>
#include <memory>
using namespace std;

const int array_size = 1e6; // determines size of the random number array

unique_ptr<vector<int>> RandomNumbers1()
{
    auto random_numbers = make_unique<vector<int>>();
    // or: unique_ptr<vector<int>> random_numbers(new vector<int>);

    random_numbers->reserve(array_size);

    for (int i = 0; i < array_size; ++i)
    {
        int b = rand();
        random_numbers->push_back(b);
    }

    return random_numbers;
}

int main (){
    auto random_numbers = RandomNumbers1();

    for (size_t i = 0; i < random_numbers->size(); ++i){
        cout << (*random_numbers)[i] << "\n";
    }

    /* alternatively:
    for (int number : *random_numbers){
        cout << number << "\n";
    }
    */
}

不过，在这种情况下，根本没有充分的理由动态创建vector。 99% 的情况下，使用这样的标准容器是不必要的。由于vector 在内部管理动态内存，因此vector 本身没有理由也在动态内存中创建。而是按值返回vector，让编译器为您优化返回。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>
using namespace std;

const int array_size = 1e6; // determines size of the random number array

vector<int> RandomNumbers1()
{
    vector<int> random_numbers;
    random_numbers.reserve(array_size);

    for (int i = 0; i < array_size; ++i)
    {
        int b = rand();
        random_numbers.push_back(b);
    }

    return random_numbers;
}

int main (){
    vector<int> random_numbers = RandomNumbers1();

    for (size_t i = 0; i < random_numbers.size(); ++i){
        cout << random_numbers[i] << "\n";
    }

    /* alternatively:
    for (int number : random_numbers){
        cout << number << "\n";
    }
    */
}