C 语言之一 内存使用

 

2008-01-24 11:05

问题：

　　有人写了一个将整数转换为字符串的函数：

char *itoa (int n)
{
　char retbuf[20];
　sprintf(retbuf, %d, n);
　return retbuf;
}

　　如果我调用这个函数：char *str5 = itoa(5)，str5会是什么结果呢？

　　答案分析：

　　答案是不确定，可以确定的是肯定不是我们想要的 “5”。

　　 retbuf定义在函数体中，是一个局部变量，它的内存空间位于栈（stack）中的某个位置，其作用范围也仅限于在itoa()这个函数中。当itoa()函数退出时，retbuf在调用栈中的内容将被收回，这时，这块内存地址可能存放别的内容。因此将retbuf这个局部变量返回给调用者是达不到预期的目的的。

　　那么如何解决这个问题呢，不用担心，方法不但有，而且还不止一个，下面就来阐述三种能解决这个问题的办法：

　　1)、在itoa()函数内部定义一个static char retbuf[20]，根据静态变量的特性，我们知道，这可以保证函数返回后retbuf的空间不会被收回，原因是函数内的静态变量并不是放在栈中，而是放在程序中一个叫“.bss”段的地方，这个地方的内容是不会因为函数退出而被收回的。

　　这种办法确实能解决问题，但是这种办法同时也导致了itoa()函数变成了一个不可重入的函数（即不能保证相同的输入肯定有相同的输出），另外， retbuf [] 中的内容会被下一次的调用结果所替代，这种办法不值得推荐。

　　2)、在itoa()函数内部用malloc() 为retbuf申请内存，并将结果存放其中，然后将retbuf返回给调用者。由于此时retbuf位于堆（heap）中，也不会随着函数返回而释放，因此可以达到我们的目的。

　　但是有这样一种情况需要注意：itoa()函数的调用者在不需要retbuf的时候必须把它释放，否则就造成内存泄漏了，如果此函数和调用函数都是同一个人所写，问题不大，但如果不是，则比较容易会疏漏此释放内存的操作。

　　3)、将函数定义为char *itoa（int n， char *retbuf），且retbuf的空间由调用者申请和释放，itoa()只是将转换结果存放到retbuf而已。

　　这种办法明显比第一、二种方法要好，既避免了方法1对函数的影响，也避免了方法2对内存分配释放的影响，是目前一种比较通行的做法。

　　扩展分析：

　　其实就这个问题本身而言，我想大家都可以立刻想到答案，关键在于对内存这种敏感资源的正确和合理地利用，下面对内存做一个简单的分析：

　　1)、程序中有不同的内存段，包括：

　　.data - 已初始化全局/静态变量，在整个软件执行过程中有效；

　　.bss - 未初始化全局/静态变量，在整个软件执行过程中有效；

　　.stack - 函数调用栈，其中的内容在函数执行期间有效，并由编译器负责分配和收回；

　　.heap - 堆，由程序显式分配和收回，如果不收回就是内存泄漏。

　　2)、自己使用的内存最好还是自己申请和释放。

　　这可以说是一个内存分配和释放的原则，比如说上面解决办法的第二种，由itoa()分配的内存，最后由调用者释放，就不是一个很好的办法，还不如用第三种，由调用者自己申请和释放。另外这个原则还有一层意思是说：如果你要使用一个指针，最好先确信它已经指向合法内存区了，如果没有就得自己分配，要不就是非法指针访问。很多程序的致命错误都是访问一个没有指向合法内存区的指针，这也包括空指针。
　　问题：内存分配 & sizeof

　　我使用sizeof来计算一个指针变量，我希望得到这个指针变量所分配的内存块的大小，可以吗？

Char *p = NULL;
int nMemSize = 0;
…
p = malloc(1024);
nMemSize = sizeof(p);

　　答案与分析：

　　答案是达不到你的要求，sizeof只能告诉你指针本身占用的内存大小。指针所指向的内存，如果是malloc分配的，sizeof 是没有办法知道的。换句话说，malloc分配的内存是没有办法向内存管理模块进行事后查询的，当然你可以自己编写代码来维护。

　　 问题：栈内存使用

　　下面程序运行有什么问题？

char *GetString(void)
{
　char p[] = hello world;
　return p;// 编译器将提出警告
}

void Test4(void)
{
　char *str = NULL;
　str = GetString();// str 的内容是垃圾
　cout<< str << endl;
}

　　答案与分析：

　　返回栈内存，内存可能被销毁，也可能不被销毁，但是，出了作用域之后已被标记成可被系统使用，所以，乱七八糟不可知内容，当然，返回的指针的内容，应该是不变的，特殊时候是有用的，比如，可以用来探测系统内存分配规律等等。

　　问题：内存使用相关编程规范

　　我想尽可能地避免内存使用上的问题，有什么捷径吗？

　　答案与分析：

　　除非做一件从没有人做过的事情，否则，都是有捷径可言的，那就是站在前人的肩膀上，现在各个大公司都有自己的编码规范，这些规范凝聚了很多的经验和教训，有较高的使用价值，鉴于这些规范在网上流传很多，这里我就不再列出了，感兴趣的，推荐参考林锐的《高质量C/C++编程指南》。