为什么我无法在我的 for 循环中访问动态分配的内存？答案

【问题标题】：Why I cannot access dynamic allocated memory in my for loop?为什么我无法在我的 for 循环中访问动态分配的内存？
【发布时间】：2015-02-26 21:23:50
【问题描述】：

我为从基类仪器继承的子类类型股票新建了一个内存，当我尝试访问数组的第二个元素时，它会引发错误。当我的新数组大小为 1 时，一切都很好

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
using namespace std;

class Instrument{

public:
    virtual void display(){}
    virtual void output(){}
    virtual void readFile(){}
    virtual ~Instrument(){}
};
class Stock : 
    public Instrument{
public:
    Stock(){

    }
    virtual void input(){
        cout << "This is stock, please input its information: ";
        cin >> name >> bidPrice >> askPrice >> lastPrice >> issueExchange;
    }
    virtual void display(){
        cout <<"This is to display stock: "<< name << " "
            << bidPrice << " "
            << askPrice << " "
            << lastPrice << " "
            << issueExchange << " "
            << endl;
    }
    virtual void output(){
        ofstream myfile;
        myfile.open("Stock.txt", ios::out | ios::app);
        if (myfile.is_open()){
            myfile << "This is a stock: "
                << name << " "
                << bidPrice << " "
                << askPrice << " "
                << lastPrice << " "
                << issueExchange << " "
                << endl;
        }
        else cout << "Unable to open file";
    }
    virtual void readFile(){
        string line;
        ifstream myfile("Stock.txt");
        cout << "\nThis is file stored\n";
        if (myfile.is_open())
        {
            while (getline(myfile, line))
            {
                cout << line << '\n';
            }
            myfile.close();
        }
    }
    virtual ~Stock(){}
private:
    char name[13];
    double bidPrice;
    double askPrice;
    double lastPrice;
    int issueExchange;

};


int main(){

    const int N = 5;//it works fine if I use N=1;
    Instrument *pBase = NULL;
    pBase = new Stock[N];

    for (int i = 0; i < N; i++){
        pBase[i].input();// here throws an exception and ends the program
        pBase[i].display();
        pBase[i].output();
    }
    pBase[N - 1].readFile();
    delete[] pBase;

    system("pause");
    return 0;

}

【问题讨论】：

@GermaineJason 这不是 Java 或 C#。有对象，不存在 NPE。
有趣，我看到了这个错误，并且很惊讶我以前从未见过这个。这几乎就像切片，但又有所不同。 @GermaineJason 数组中有 5 个对象。
@MooingDuck，它从字符串变成了char[13]，你看到我的#include
问题是你正在访问一个Stock 数组，就好像它是一个Instrument 数组一样。多态性在整个数组之间不起作用，您需要一个指向每个单独元素的指针。
@Galik：请不要在评论区回答问题。这就是 answer 部分的用途。谢谢。

标签： c++ pointers polymorphism

【解决方案1】：

多态性和指针运算不能混合使用，因为数组中对象的排列取决于派生最多的大小，而多态性会丢失该信息。动态分配是一个红鲱鱼，你可以看到同样的问题：

Derived array[2];
Base* p = array;

printf("%p\n", &array[0]);
printf("%p\n", p);
printf("%p\n", &array[1]);
printf("%p\n", p + 1);

printf("%z\n", sizeof (array[0]));
printf("%z\n", sizeof (*p));

请注意，使用array 的指针值向前移动sizeof (Derived)，但使用p 的指针运算向前移动sizeof (Base)，并没有找到真实的对象。

通常您会使用Base* 的数组来解决此问题，而不是使用单个Base* 结合指针算法。

Base* pp[2];
for( auto& elem : array ) pp[&elem - array] = &elem;

printf("%p\n", &array[1]);
printf("%p\n", pp[1]);

// use (*pp[1]) or pp[1]->whatever

另一种选择是使用记住原始类型的对象：

Derived* allocated = new Derived[N];
std::function<Base& (int)> poly = [allocated](int i){ return allocated[i]; };

并使用poly(i) 而不是p[i]

但是警告，你不能这样做 delete [] &poly(0); 因为 delete[] 也不是多态的。

使用std::unique_ptr<Derived[]> 和std::bind，可以在访问器对象最终超出范围时安排自动解除分配。

【讨论】：

虽然准确，但这个答案有点缺乏解释，不是吗？
是的，这就是重点，但我的任务要求我同时使用多态性和数组，我尝试使用 intrument *p[N]，并访问 p[i]，但确实如此不在这里工作。这是我尝试过的新方法
@Leewis 您可以使用例如。指向单个对象的指针数组（无论何种类型），而不是对象数组本身。
是的，我在 SO 的初学者代码中经常看到这种模式。不过我不喜欢。 n 次 new 并且，例如，没有内存局部性 :(
@LightnessRacesinOrbit：您还可以使用指针数组，每个指针指向数组中的相应元素。

【解决方案2】：

虽然Ben先生的方法是绝对正确的，但是我完全觉得他的C++和我的C++不是同一种语言，他在这里混合了一些奇怪的东西，所以按照他的想法，我尝试这样修改我的代码.

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <memory>
using namespace std;

class Instrument{

public:
    virtual void display() = 0;
    virtual void output() = 0;
    virtual void readFile() = 0;
    virtual ~Instrument(){};
};
class Stock :
    public Instrument{
public:
    Stock(){
        cout << "This is stock, please input its information: ";
        cin >> name >> bidPrice >> askPrice >> lastPrice >> issueExchange;
    }
    virtual void display(){
        cout << "This is to display stock: " << name << " "
            << bidPrice << " "
            << askPrice << " "
            << lastPrice << " "
            << issueExchange << " "
            << endl;
    }
    virtual void output(){
        ofstream myfile;
        myfile.open("Stock.txt", ios::out | ios::app);
        if (myfile.is_open()){
            myfile << "This is a stock: "
                << name << " "
                << bidPrice << " "
                << askPrice << " "
                << lastPrice << " "
                << issueExchange << " "
                << endl;
        }
        else cout << "Unable to open file";
    }
    virtual void readFile(){
        string line;
        ifstream myfile("Stock.txt");
        cout << "\nThis is file stored\n";
        if (myfile.is_open())
        {
            while (getline(myfile, line))
            {
                cout << line << '\n';
            }
            myfile.close();
        }
    }
    virtual ~Stock(){}
private:
    string name;
    double bidPrice;
    double askPrice;
    double lastPrice;
    int issueExchange;

};
class Option :
    public Instrument{
public:
    Option(){
        cout << "This is option, please input its information: ";
        cin >> name >> uname >> bidPrice >> askPrice >> lastPrice >> contractSize >> exp;
    }
    virtual void display(){
        cout << "This is to display option: "
            << name << " "
            << uname << " "
            << bidPrice << " "
            << askPrice << " "
            << lastPrice << " "
            << contractSize << " "
            << exp << " "
            << endl;
    }
    virtual void output(){
        ofstream myfile;
        myfile.open("Option.txt", ios::out | ios::app);
        if (myfile.is_open()){
            myfile << "This is an option: "
                << name << " "
                << uname << " "
                << bidPrice << " "
                << askPrice << " "
                << lastPrice << " "
                << contractSize << " "
                << exp << " "
                << endl;
        }
        else cout << "Unable to open file";
    }
    virtual void readFile(){
        string line;
        ifstream myfile("Option.txt");
        cout << "\nThis is file stored\n";
        if (myfile.is_open())
        {
            while (getline(myfile, line))
            {
                cout << line << '\n';
            }
            myfile.close();
        }
    }
    virtual ~Option(){}
private:
    string name;
    string uname;
    double bidPrice;
    double askPrice;
    double lastPrice;
    int contractSize;
    double exp;
};
class Future :
    public Instrument{
public:
    Future(){
        cout << "This is option, please input its information: ";
        cin >> name >> uname >> bidPrice >> askPrice >> lastPrice >> contractSize >> tickSize >> contractMonth;
    }
    virtual void display(){
        cout << "This is to display option: "
            << name << " "
            << uname << " "
            << bidPrice << " "
            << askPrice << " "
            << lastPrice << " "
            << contractSize << " "
            << tickSize << " "
            << contractMonth << " "
            << endl;
    }
    virtual void output(){
        ofstream myfile;
        myfile.open("Future.txt", ios::out | ios::app);
        if (myfile.is_open()){
            myfile << "This is a future: "
                << name << " "
                << uname << " "
                << bidPrice << " "
                << askPrice << " "
                << lastPrice << " "
                << contractSize << " "
                << tickSize << " "
                << contractMonth << " "
                << endl;
        }
        else cout << "Unable to open file";
    }
    virtual void readFile(){
        string line;
        ifstream myfile("Future.txt");
        cout << "\nThis is file stored\n";
        if (myfile.is_open())
        {
            while (getline(myfile, line))
            {
                cout << line << '\n';
            }
            myfile.close();
        }
    }
    virtual ~Future(){}
private:
    string name;
    string uname;
    double bidPrice;
    double askPrice;
    double lastPrice;
    int contractSize;
    int tickSize;
    int contractMonth;
};

int main(){

    int N = 20;
    //shared_ptr<Instrument> pBase[N];
    vector<shared_ptr<Instrument>> pBase(N);
    int i = 5;
    for (i = 0; i < N; i++) pBase[i] = make_shared<Stock>();
    for (i = 0; i < N; i++){
        pBase[i]->display();
        pBase[i]->output();
    }
    pBase[N - 1]->readFile();

    for (i = 0; i < N; i++) pBase[i] = make_shared<Option>();
    for (i = 0; i < N; i++){
        pBase[i]->display();
        pBase[i]->output();
    }
    pBase[N - 1]->readFile();

    for (i = 0; i < N; i++) pBase[i] = make_shared<Future>();
    for (i = 0; i < N; i++){
        pBase[i]->display();
        pBase[i]->output();
    }
    pBase[N - 1]->readFile();

    system("pause");
    return 0;

}

【讨论】：

【解决方案3】：

tl;dr 回答：不要将子类数组 (Stock[N]) 转换为基类指针 (pBase)。要么直接使用Stock*，要么创建一个指针数组：

auto arr = new Stock*[N];
for (int i = 0; i < N; i++) {
  arr[i] = new Stock();
}

// unrelated but suggested: C++11 unique_ptr is recommended:
vector<unique_ptr<Stock>> v(N);

详细原因：

1) 数组括号运算符是语法糖：a[b] -> *(a + b);

2) 指针算法不是多态的，它总是基于静态类型：

pBase[i] -> *(pBase+i) -> *(pBase*)((char*)pBase + sizeof(Instrument) * i);

3) 然而，这正是你想要的：

pBase[i] -> *(pBase+i) -> *(pBase*)((char*)pBase + sizeof(Stock) * i);

4) 只要sizeof(Instrument) != sizeof(Stock)，你就有麻烦了。

【讨论】：

我愿意，看我的回答，vector> pBase(N);