C++の動的メモリ割当と静的メモリ割当の違いについて

静的メモリ割当て（＆解放）は「確保する領域が固定長」のメモリ割当て（＆解放）の事で、プログラムの実行前（コンパイル時）に割当て（＆解放）され、「スタックメモリ」とも呼ばれます。

以下の例を見てみます。4つの変数「a1」「b1」「c1」「d1」があり、これらはコンパイル時にコンパイラによって「どれだけメモリが必要か？」が計算され、決められたアドレスに格納されます（コンパイル時の割当て＆解放のハンドリング）。

 

（サンプル）

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    //# 静的メモリ割当て
    int a1;
    int b1[10];
    double d1;
    char c1;
    
    return 0;
}

通常、プログラムのメモリは前述の「静的メモリ割当て」によりコンパイル時に変数の定義により確保＆解放されますが、場合によっては実行時にメモリを確保＆解放したいケースがあります。例えば、必要なメモリ量がユーザの入力値によって決まる場合などです。

 

このようなケースでは実行時に動的にメモリを割り当てる必要がありますが、C++では「new」や「delete」演算子を用いて行います（プログラマがコードの中で、newやdeleteを使って割当てや解放を行う）。

 

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動的メモリの割当ては「new」演算子を用いて行われます。newの後にはデータ型を指定し、もし1つ以上の要素が必要な場合には[N]で要素数を指定します（Nは整数）。また重要な点として、戻り値は確保したメモリの最初の要素のアドレスを指す「ポインタ」（⇒★C++_ポインタ_とは）になります。なので、左辺はポインタ（「int hoge」ではなく「int * hoge」）にります。

（例１）要素が１つのメモリを割当て

int * hoge1 = new int;

（例２）要素が５つのメモリを割当て

int * hoge2 = new int [5];

（例２）の場合は、int型の要素を動的に5つ連続して確保し、その内の最初の1要素目へのポインタを返却してhogeに割り当てています。

 

（図１１１）

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この時、1要素目へのポインタである「hoge」にアクセスするには、以下の２通りで記述できます。

//# ポインタ「*hoge」へのアクセス方法１
hoge[0]
//# ポインタ「*hoge」へのアクセス方法２
*hoge

簡単なサンプルプログラムで動きを確認します。

 

（サンプル）

#include <iostream>
using namespace std;
int main(void){
    
    //# ポインタ「*n1p」を定義
    int n1 = 10;
    int *n1p = &n1;

    //# ポインタ「*n2p」を定義    
    int *n2p = new int;
    n2p[0] = 10;

    //# 2通りの方法でアクセス
    cout << "アクセス方法１：" << *n2p << "　アドレス：" << n2p<< endl;
    cout << "アクセス方法２：" << n2p[0] << "　アドレス：" << &n2p[0] << endl;
    
    delete []n1p;
    delete []n2p;
}

（図１２１）

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同様に２つ目の要素にアクセスする際には次のように記述できます。

//# ポインタ「*hoge」へのアクセス方法２
hoge[1]
//# ポインタ「*hoge」へのアクセス方法２
*(hoge+1)

こちらも簡単なサンプルで動きを確認します。

 

（サンプル）

#include <iostream>
using namespace std;
int main(void){

    //# ポインタ「*n2p」を定義    
    int *n2p = new int[5];
    n2p[0] = 10;
    n2p[1] = 25;

    //# 2通りの方法でアクセス
    cout << "要素２へのアクセス方法１：" << *(n2p+1) << "　要素２のアドレス：" << (n2p+1)<< endl;
    cout << "要素２へのアクセス方法２：" << n2p[1] << "　要素２のアドレス：" << &n2p[1] << endl;

    delete []n2p;
}

（図１２２）

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静的メモリの割当てと動的メモリ割当ての大きな違いとして、「配列の大きさを動的に変えられるか？」が挙げられます。静的な配列は大きさを固定長で指定するのに対して、動的な配列は大きさを変数で指定し、実行時に動的に変える事ができます。

 

動的に割り当てるメモリは、システムのメモリヒープ（動的割当てに使われる領域）より割り当てられますが、メモリが逼迫している状況下では、必ず割当てが正常に行われる保証はありません。

 

もしもメモリの割当てが正常に実施できない場合、例外（bad_alloc）がthrowされるため、それをcatchする事により検知する事ができます。

 

（表）両者の違い

●差異②／差異④の確認

#include <iostream>
using namespace std;
int main(void){


    //# 静的メモリ割当て 
    //# ポインタなしで割当て可能
    int n1p[5];
    n1p[0] = 9999;
    cout << "n1pの要素１：" << n1p[0] << " サイズ：" << sizeof(n1p) << endl;
    
    //# 動的メモリ割当て
    //# 動的割当てにはポインタが必要
    int *n2p = new int[5];
    n2p[0] = 8888;
    cout << "n2pの要素１：" << n2p[0] << " サイズ：" << sizeof(n2p) << endl;
    
}

（図１３１）

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