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Estou estudando sobre ponteiros em c++, eu ainda não entendo muito bem como utilizar mas eu já tenho uma noção, e uma das utilidades que vi é "alocação dinâmica". Eu já ouvi falar disso em linguagem C com malloc() e free(), porém eu não achei nenhum conteúdo em português falando de new e delete (vi em inglês, porém meu inglês ainda não é desse nível)

Minhas dúvidas são: Como funciona new e delete? E quando usar?

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O new nos permite alocar memória dinamicamente na chamada memória Heap, ao invés de alocá-lo na memória Stack (veja a nota abaixo). O delete, por sua vez, permite-nos liberar essa memória que foi alocada. Os principais usos do new são os seguintes:

  1. Criar objetos dinamicamente;
  2. Criar arrays dinamicamente.

P.S.: Esta afirmação nem sempre é verdadeira, pois como dito por Augusto Vasques em seu comentário, é possível explicitamente alocar a memória na Stack através do uso da função alloca() junto com o new. Todavia, como ele falou, isso pode acarretar um Stack overflow se não for usado com cuidado. Assim sendo, esse artifício deve ser usado com prudência.

Criar objetos dinamicamente

Por que usar new para criar objetos dinamicamente?

Algumas vezes se deseja criar objetos que são muito grandes para serem armazenados na memória Stack (a memória stack é bem menor do que a memória Heap, mas isso não quer dizer que deve-se sempre usar essa ao invés daquela), ou então se deseja criar um objeto cujo tempo de vida seja maior do que o tempo de vida da função ou do bloco de código que o gerou (quando inicializada normalmente, p.e.: int a = 10, uma variável é "destruída" após o fim do bloco). Nesses casos, é possível recorrer ao new para criar os objetos na memória Heap.

Como usar new para alocar objetos dinamicamente?

Para se inicializar uma variável usando new, é preciso saber que a variável deve ser de tipo ponteiro (int *intPtr, por exemplo) e é também necessário lembrar de deletar a memória alocada usando delete no fim da utilização da variável. Abaixo estão alguns exemplos de gerenciamento de memória dinâmica usando new e delete.

// Exemplo #1
// ponteiro para int intPtr não inicializado - evite essa situação sempre que possível
int* intPtr;
intPtr = new int; // intPtr agora aponta para uma região de memória Heap correspondente a uma variável inteira
*intPtr = 10; // Alteração do valor na variável dinâmica para 10;
std::cout << *intPtr << std::endl; // Mostra o valor 10 na saída
delete intPtr; // Liberação da memória alocada dinamicamente usando new

// Exemplo #2
int* iPtr = new int{10}; // A memória é alocada dinâmicamente e o valor 10 é atribuído à variável correspondente
std::cout << iPtr << std::endl; // Imprime o valor 10 na tela
delete iPtr; // Liberação da memória alocada dinâmicamente usando new

Vale a pena notar que nos exemplos acima eu tomei o cuidado de usar delete ao fim do uso da minha variável para evitar um vazamento de memória (isto é, evitar que a memória alocada na Heap permanecesse "consumida" até o fim do programa). Se houverem muitos vazamentos em um programa (principalmente em um grande programa), a performance do sistema pode ser bastante degradada ou a pode acontecer a interrupção da execução.

Um outro ponto importante é a necessidade de se usar o operador de "desreferenciação", o símbolo *, para acessar o valor na memória alocada dinamicamente para qual o ponteiro aponta (se quiser saber mais sobre o funcionamento dos ponteiros, escrevi um artigo sobre o assunto no meu website).

Criar arrays dinamicammente em C++

Outra utilidade do new é a criação de arrays de forma dinâmica. Aqui, como na criação de variáveis dinamicamente, a memória utilizada pelo array é alocada na Heap, e não na Stack. Uma vantagem de fazer isso é evitar o famoso Stack overflow ao se alocar arrays estáticos muito grandes (ou de maneira recorrente).

Como usar new para criar arrays dinamicamente

Para se criar uma array usando new, é preciso ter um ponteiro que guardará o endereço do primeiro elemento do array, e a sintaxe é a seguinte: tipo* nomeDoArray = new tipo[tamanho-do-array]. Vejamos abaixo alguns exemplos de alocação de um array na memória Stack, e um outro exemplo de alocação de array na memória Heap, usando new.

// Alocaçao na stack
size_t arraySize = 10;
int staticArray[arraySize]; // Array com valores não-inicializados - situação perigosa a se evitar
int anotherStatArray[] = {10, 20, 30, 40}; // Inicialização por lista de valores - ok
... // Uso do array no código - não é preciso liberar a memória manualmente

// Alocação na memória Heap usando new
int* intArray = new int[arraySize]; // Array alocado dinamicamente usando new - valores não inicializados
... // Uso do array no bloco de código;
delete[] intArray; // Liberação da memória usada pelo array usando delete[]

Como se pode ver nos exemplos acima, na alocação de memória dinâmica, é preciso usar delete[] para liberar a memória usada pelo array (note os colchetes [] após o delete, para indicar que se está desalocando uma região de memória para um array, e não apenas um único objeto). Com a alocação estática, o usuário não precisa se preocupar com isso.

Por que não usar new para criar arrays em C++?

Atualmente, sempre que possível é melhor evitar o uso de new e delete[] para gerenciar memória de arrays manualmente. Isso se dá principalmente pelas seguintes razões:

  1. É difícil liberar a memória alocada dinâmicamente em sistemas grandes ou pequenos, mas com complexidade importante;
  2. Entre a alocação e a liberação da memória, uma parte do programa pode ser interrompida (por uma excepção, por exemplo) antes da instrução delete e a memória permanecerá alocada até o fim da execução do programa inteiro.
  3. Há alternativas melhores para os arrays em C++

Quais alternativas usar ao invés do new e delete para criar arrays em C++

Ao invés de se criar arrays manualmente com new e delete, é recomendado utilizar os containers da biblioteca padrão, como o std::vector (uma espécie de array que pode aumentar ou diminuir de tamanho automaticamente), por exemplo, ou o std::array (um equivalente do array estático, com tamanho fixo), ambos os quais tem *gerenciamento automático de memória, ou seja: não é preciso usar new e delete para gerenciar a memória destes containers, e eles cuidam da memória alocada quando o bloco onde foram criados termina sua execução. Se quiser saber mais sobre o assunto, você pode verificar o Cpp reference ou o meu artigo sobre as razões para não se criar arrays usando new em C++.

No fim, quando usar new e delete?

Normalmente, a razão mais plausível para se usar new e delete é a necessidade de se extender a vida do objeto criado para além da função, ou do bloco, que o criou. Todavia, para arrays, é recomendável evitar completamente o uso do new e delete, e utilizar os containers da biblioteca padrão ao invés disso; para objetos, sempre que possível é melhor usar smart pointers (p.e.: shared_pointer, unique_pointer etc. Há uma boa seção sobre isso na resposta de Maniero sobre quando utilizar ou não um ponteiro para criar um objeto), pois eles gerenciam a própria memória de maneira automática.

P.S.: Para saber mais sobre as diferenças entre Heap e Stack, aconselho essa resposta sobre o assunto.

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    Sua primeira afirmação ....O new nos permite alocar memória dinamicamente na chamada memória Heap, ao invés de alocá-lo na memória Stack. ... nem sempre é verdadeira, em c++ é possível que o operador new aloque memória no stack veja esse exemplo ideone.com/QsS7CY . Nesse caso está sendo usado uma das muitas sobrecargas do operador new em conjunto da função alloca() que aloca memória no stack. Não recomendável pois o uso imprudente causa o Stack Overflow. Commented 29/03/2023 às 10:21
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    Muito obrigado pela observação Augusto. Você tem razão. Nessa frase eu me referia ao uso comum do new sem especificar explicitamente que queríamos alocar na stack (com o uso do alloca(), como você falou). Irei adicionar isso à repsosta para corrigí-la e evitar confusões. Valeu! Commented 29/03/2023 às 12:13
  • Obrigado por adicionar a informação a resposta. Commented 29/03/2023 às 17:25
  • Por nada. Eu que agradeço pela ajuda ;) Commented 29/03/2023 às 17:56
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Basicamente, new e delete são uma alternativa segura ao uso direto de malloc() e free().

new e delete são invólucros (wrappers) de C++ para malloc() e free(), ou seja, por baixo dos panos eles utilizam estas funções e adicionam alguns tratamentos a elas. Dentre os tratamentos estão a garantia de uma operação segura, evitando o acesso a localidades de memória inválidas, além de assegurarem que o retorno não será null (caso malloc() retorne null, new lançará uma exception).

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Com o operador new podemos inicializar o valor ou alocar memória em runtime.

int *a = new int(25);
int *b = new int[10];

A variável fica em memória até fazer delete.

delete a;
delete[] b;

A alocação dinâmica permite-nos definir arrays de tamanho variável.

void foo(int size) {
    int* c = new int[size];
    ...
    delete [] c;
}

Se não usarmos este método a memória é alocada na compilação e fica fora de escopo se saírmos da função. Devemos usar apenas quando necessário para evitar memory leaks.

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