動的メモリ管理

[前の講義で]、変数[と]配列[はどちらも]スタック（Stack）[上に割り当てられる]――[サイズは固定]で、関数が[終了すると解放される]。

[しかし、もし][不確定な数の][データ]を保存する必要がある場合（[例えば、ユーザーが]1000 [個の整数]を入力する[が、]コンパイル時には[その数が]わからない場合など）、[その際には]動的メモリ[割り当て]——ヒープ（Heap）[上に]メモリを割り当てる必要があります。

1. スタックとヒープ

(1) 1.1 [2種類の]メモリ[領域]

(2) 1.2 [生活における]クラス[比]

2. 新規 [和] 削除

(1) 2.1 [使用] 新規 [割り当て] メモリ

[文法]：

▶ サンプル 2: 動的メモリ[管理] (難易度 ⭐)

* = new ;

例：

#include iostream

int main() {
 // points int
 int* p = new int; // p heap's int
 
 *p = 5; // int
 std::cout << "*p = " << *p << std::endl; // 5
 
 return 0;
}

💡 [要点]： new [返されるのは]ポインタ——[ヒープ上に割り当てられた]メモリを[指す]もの。

(2) 2.2 [使用] メモリの削除 [解放]

[文法]：

delete ;

例：

#include iostream

int main() {
 int* p = new int;
 *p = 5;
 
 std::cout << "*p = " << *p << std::endl;
 
 delete p; // ✅ heap's
 p = nullptr; // ✅：pointer
 
 return 0;
}

💡 [黄金律]： new [と] delete [必ずペアで現れる]――new [があれば] delete [もある]。

(3) 2.3 [削除] すると [メモリリーク] が発生する

エラー例：

#include iostream

void foo() {
 int* p = new int;
 *p = 5;
 // ❌ write delete p;
} //，p， int （）

int main() {
 for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
 foo(); // 4
 }
 //，
 return 0;
}

💡 メモリリーク： ヒープ[に割り当てられた]メモリ[が解放されず]、[アクセスすることもできない]（[それを指していた]ポインタ[が破棄されてしまった]ため）。

3. [動的]配列

(1) 3.1 [使用] new [割り当て]array

[文法]：

* = new ;

例：

#include iostream

int main() {
 int n;
 std::cout << "：";
 std::cin >> n;
 
 // points n int
 int* arr = new int[n];
 
 // ...
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 arr[i] = i + 1;
 }
 
 // output
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 std::cout << arr[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 // （： delete， delete）
 delete arr;
 
 return 0;
}

💡 [重要]： [配列]を[解放]するには、delete（[角括弧付き]）を使用し、deleteは[使用しない]！

(2) 3.2 new [和] delete [ペアでなければならない]

エラー例：

int* p = new int[10];
delete p; // ❌：Using delete p;

4. [懸]ヌルポインタ（ダングリングポインタ）

(1) 4.1 [悬]nullポインタとは何か？

[懸]nullポインタとは、[解放済みの]メモリ[を指す]ポインタのことです。

#include iostream

int main() {
 int* p = new int(5);
 delete p; // ...
 
 // ❌：p Nowpointer
 std::cout << *p << std::endl; //！output，
 
 return 0;
}

💡 [解決方法]： [解放後、直ちに] nullptr に設定する：

delete p;
p = nullptr; // ✅

5. 演習：[動的]配列[ソート]

▶ サンプル 1: [配列]を使って[選択ソートを実装する] (難易度 ⭐⭐)

#include iostream

// ...
void selectionSort(int* arr, int n) {
 for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
 int minIdx = i;
 for (int j = i + 1; j < n; j++) {
 if (arr[j] < arr[minIdx]) {
 minIdx = j;
 }
 }
 // ...
 int temp = arr[i];
 arr[i] = arr[minIdx];
 arr[minIdx] = temp;
 }
}

int main() {
 int n;
 std::cout << "：";
 std::cin >> n;
 
 int* arr = new int[n]; // points
 
 std::cout << "..." << n << "：" << std::endl;
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 std::cin >> arr[i];
 }
 
 selectionSort(arr, n); // ...
 
 std::cout << "：" << std::endl;
 for (int i = 0; i < n; i++) {
 std::cout << arr[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 delete arr; // ...
 arr = nullptr;
 
 return 0;
}

[動作結果]：

 5：
5 3 1 4 2：
1 2 3 4 5

6. [よくある]エラー

(1) 6.1 [重複] 削除

エラー例：

int* p = new int(5);
delete p;
delete p; // ❌：（Definebehavior）

[修正]： [解放後、直ちに] nullptr に設定（delete nullptr [は安全です]）。

delete p;
p = nullptr;

(2) 6.2 [削除] delete

エラー例：

int* arr = new int[10];
// ❌ write delete arr;

[結果]： メモリリーク。

❓ よくある質問

📖 まとめ

• スタック：コンパイル時[割り当て]、[自動解放]、[サイズ固定]
• ヒープ：実行時[割り当て]、[手動解放]（delete）、[サイズ可変]
• new [割り当て]メモリ，delete [解放]メモリ
• new [割り当て]配列，delete [解放]配列
• メモリリーク：[忘れてしまった] delete，[深刻な結果を招く]
• [注意]nullポインタ：[解放済みの]メモリを指しており、[危険]

📝 練習問題

1. 初心者（難易度 ⭐）： [使用] new [1つを割り当てる] double，[値]value 3.14を割り当て，出力[後に解放]。

2. 中級（難易度 ⭐⭐）： [ユーザーに] n を入力させ、new を使用して n のサイズを持つ int 配列を動的に割り当て、n 個の整数を入力させ、[最大値] を求めた後、[配列を解放]する。

3. 上級（難易度 ⭐⭐⭐）： [動的メモリ]を用いて、[「動的」]配列クラスを[実装する]（[後で学ぶ]クラスについて、[ここではとりあえず]structを使用する）：

• [包含]：int* data（[ヒープ上の]配列へのポインタ）、int size（[現在のサイズ]）、int capacity（[容量]）

• [実装] push_back 関数：[もし] size == capacity なら、[より大きな]メモリを割り当て直し（new [より大きな]配列を[コピーし]、[古いものを解放する]）

• [テスト]：[追加] 100 [個の要素]

• 新規 [割り当て]ヒープメモリ、[返却]ポインタ

• [解放された]メモリを削除し、[割り当てられた]新しいメモリを削除する

• new [割り当て]array、delete [解放]array

• メモリリーク：new [忘れてしまった] delete

• [割り当て失敗]：new [例外をスロー] std::bad_alloc 例外

7. 🚀 次は

[動的メモリ[割り当て]を学びました]。[次は] ポインタ[と]参照[の]実践[総合演習]（[第]27[課]）—— [総合的な]演習を通じて、[これまでに学んだすべての知識を]定着させましょう！

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