C++ new／delete演算子【オブジェクトの動的生成と解放】

こんにちは、ナナです。

プログラムにおける代表的なメモリは「スタックメモリ」「静的メモリ」「動的メモリ（ヒープメモリ）」です。

この「動的メモリ」を利用することで、メモリ領域の確保と解放のタイミングをエンジニアがコントロールすることができるようになります。

C言語における動的メモリといえば「malloc関数」と「free関数」によって確保／解放を行いましたが、C++では動的メモリを確保／解放するための新しい「演算子」が用意されました。

それが、「new演算子」と「delete演算子」です。

new／delete演算子を使った動的メモリの確保と解放

動的メモリを忘れてしまっている人は『C言語 動的メモリ【ヒープメモリの使い方と獲得する方法】』を事前に読んでおきましょう。

new／delete演算子の役割と使い方の基本

まずは各演算子の役割を明確にしておきましょう。

new演算子を使えば、int型のような組み込み型はもちろん、構造体・クラスといったデータ型の動的メモリを確保することができます。

#include <stdio.h>

int main()
{
    //  動的メモリの確保
    int   * pNum1 = new int;         //  初期化なし
    short * pNum2 = new short(50);   //  初期化あり

    *pNum1 = 100;

    printf("Num1:%d\n", *pNum1);
    printf("Num2:%d\n", *pNum2);

    //  動的メモリの解放
    delete pNum1;
    delete pNum2;

    return 0;
}

new演算子を使うと、確保された動的メモリへのポインタが取得できます。

newで確保した動的メモリは、使い終わったタイミングでdeleteによる解放が必要となります。

new［］／delete［］演算子で「配列」を確保・解放する方法

連続したメモリ領域である「配列」をnew／deleteで確保・解放するときには書き方に注意が必要です。

int main()
{
    short * pArray = new short[5]; //  配列の動的メモリ確保

    for (int i=0; i < 5; i++)
    {
        pArray[i] = i;
    }

    delete[] pArray;              //  配列の動的メモリ解放

    return 0;
}

このように配列領域を動的メモリに確保する際は、new／deleteに［］を付けて行います。

C++においてnewとnew［］は異なる別の演算子として認識されています。見た目はほぼ一緒ですが、別のものだと覚えておきましょう。

クラスオブジェクトに対するnew／deleteの使い方

組み込み型でもクラス型でもnew／deleteの扱い方は一緒です。次のプログラムは「POS」クラスを動的メモリに確保する例です。

#include <stdio.h>

class POS
{
public:
    int x;
    int y;
};

int main()
{
    //  オブジェクトの確保と解放
    POS * pPos = new POS;
    delete pPos;

    //  オブジェクト配列の確保と解放
    POS * pPosArray = new POS[5];
    delete[] pPosArray;

    return 0;
}

注意：C++ではnew／deleteを使え！malloc／freeは極力使うな

C++において動的メモリの確保・解放を行うのは基本的に「new／delete演算子」を使います。その理由を知っておきましょう。

malloc関数でクラスオブジェクトのメモリを確保してはいけない理由

実は「new／delete演算子」には、動的メモリを確保・解放する以外の別の仕事が用意されています。

それは、クラスオブジェクトの「コンストラクタ」「デストラクタ」を呼び出すという仕事です。

次のプログラムは、クラスオブジェクトを「new／delete」と「malloc／free」でそれぞれ生成・解体したときの実行例です。

#include <stdio.h>


class POS
{
public:
    int x;
    int y;

    POS();
    ~POS();
};

POS::POS()
{
    x = 0;
    y = 0;
    printf("コンストラクタ\n");
}

POS::~POS()
{
    printf("デストラクタ\n");
}

int main()
{
    POS* pos = new POS;

    delete pos;

    return 0;
}

コンストラクタ
デストラクタ

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

class POS
{
public:
    int x;
    int y;

    POS();
    ~POS();
};

POS::POS()
{
    x = 0;
    y = 0;
    printf("コンストラクタ\n");
}

POS::~POS()
{
    printf("デストラクタ\n");
}

int main()
{
    POS* pos = (POS*)malloc(sizeof(POS));

    free(pos);

    return 0;
}

このように、malloc／free関数では動的メモリの確保・解放はしてくれますが、「コンストラクタ」「デストラクタ」を呼び出してくれません。

これは、

malloc／free関数ではオブジェクトの生成と解体を適切にできない

ことを示します。

「new／delete演算子」と「malloc／free関数」は混ぜるな危険！

「new／delete演算子」と「malloc／free関数」は、動的メモリを確保・解放するという目的は一緒ですが、実現している方法が異なります。

つまり、new演算子で確保したメモリをfree関数で解放する、malloc関数で確保したメモリをdelete演算子で解放する、ということはできません。

次の例はnew演算子とfree関数を組み合わせたものですが、このようなプログラムは書いてはなりません。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int* pNum = new int;    //  動的メモリの確保

    *pNum = 100;

    free(pNum);             //  動的メモリの解放

    return 0;
}

ビルドエラーは発生せず動かすことはできますが、結果は不定であり何が起こるかはわかりません。

Q&A：new／deleteに関するよくある質問

Q：配列を動的メモリで確保したときの初期化方法は？

new［］演算子を使って、組み込み型を動的メモリの配列で確保する場合は、次の書き方で０初期化することは可能です。

具体的なプログラムで示しましょう。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int * pArray = new int[5]();    //  配列の確保と0初期化

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("pArray[%d]:%d\n", i, pArray[i]);
    }

    delete[] pArray;

    return 0;
}

pArray[0]:0
pArray[1]:0
pArray[2]:0
pArray[3]:0
pArray[4]:0

calloc関数のように確保された領域が0初期化されているのがわかりますね。

Q：new［］で確保したメモリをdeleteで解放したらどうなるの？

new／deleteと、new［］／delete［］は異なる演算子であることを知っておきましょう。この２つを混ぜてはいけません。

#include <stdio.h>

class POS
{
public:
    int x;
    int y;

    POS();
    ~POS();
};

POS::POS()
{
    x = 0;
    y = 0;
    printf("コンストラクタ\n");
}

POS::~POS()
{
    printf("デストラクタ\n");
}

int main()
{
    POS* pos = new POS[5];  //  配列オブジェクトをnew[]で生成

    delete pos;             //  deleteで解放

    return 0;
}

コンストラクタ
コンストラクタ
コンストラクタ
コンストラクタ
コンストラクタ
デストラクタ

コンストラクタが５回呼ばれているのに、デストラクタが１回しか呼ばれていません。

Visual Studio環境でこのプログラムを動かすと、最終的に例外が発生してプログラムが停止します。