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2008-08-30 16:01:22

指针参数是如何传递内存的?

如果函数的参数是一个指针,不要指望用该指针去申请动态内存。示例7-4-1中,Test函数的语句GetMemory(str, 200)并没有使str获得期望的内存,str依旧是NULL,为什么?

void GetMemory(char *p, int num)
{
 p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory(str, 100); // str 仍然为 NULL
 strcpy(str, "hello"); // 运行错误
}

示例试图用指针参数申请动态内存

毛病出在函数GetMemory中。编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本,指针参数p的副本是 _p,编译器使 _p = p。如果函数体内的程序修改了_p的内容,就导致参数p的内容作相应的修改。这就是指针可以用作输出参数的原因。在本例中,_p申请了新的内存,只是把 _p所指的内存地址改变了,但是p丝毫未变。所以函数GetMemory并不能输出任何东西。事实上,每执行一次GetMemory就会泄露一块内存,因为没有用free释放内存。

如果非得要用指针参数去申请内存,那么应该改用“指向指针的指针”,见示例4.2。

void GetMemory2(char **p, int num)
{
 *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test2(void)
{
 char *str = NULL;
 GetMemory2(&str, 100); // 注意参数是 &str,而不是str
 strcpy(str, "hello");
 cout<< str << endl;
 free(str);
}

示例用指向指针的指针申请动态内存
由于“指向指针的指针”这个概念不容易理解,我们可以用函数返回值来传递动态内存。这种方法更加简单。
 
char *GetMemory3(int num)
{
 char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
 return p;
}
void Test3(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetMemory3(100);
 strcpy(str, "hello");
 cout<< str << endl;
 free(str);
}
 
示例用函数返回值来传递动态内存
用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然好用,但是常常有人把return语句用错了。这里强调不要用return语句返回指向“栈内存”的指针,因为该内存在函数结束时自动消亡,见示例。
 
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;
}
 
示例return语句返回指向“栈内存”的指针
用调试器逐步跟踪Test4,发现执行str = GetString语句后str不再是NULL指针,但是str的内容不是“hello world”而是垃圾。
 
char *GetString2(void)
{
 char *p = "hello world";
 return p;
}
void Test5(void)
{
 char *str = NULL;
 str = GetString2();
 cout<< str << endl;
}
 
示例return语句返回常量字符串
 
 
函数Test5运行虽然不会出错,但是函数GetString2的设计概念却是错误的。因为GetString2内的“hello world”是常量字符串,位于静态存储区,它在程序生命期内恒定不变。无论什么时候调用GetString2,它返回的始终是同一个“只读”的内存块。
杜绝“野指针”
“野指针”不是NULL指针,是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针,因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的,if语句对它不起作用。 “野指针”的成因主要有两种:
(1)指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针,它的缺省值是随机的,它会乱指一气。所以,指针变量在创建的同时应当被初始化,要么将指针设置为NULL,要么让它指向合法的内存。例如
 
char *p = NULL;
char *str = (char *) malloc(100);
(2)指针p被free或者delete之后,没有置为NULL,让人误以为p是个合法的指针。
(3)指针操作超越了变量的作用范围。这种情况让人防不胜防,示例程序如下:
 
class A
{
 public:
  void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; }
};
void Test(void)
{
 A *p;
 {
  A a;
  p = &a; // 注意 a 的生命期
 }
 p->Func(); // p是“野指针”
}
函数Test在执行语句p->Func()时,对象a已经消失,而p是指向a的,所以p就成了“野指针”。但奇怪的是我运行这个程序时居然没有出错,这可能与编译器有关。
 
有了malloc/free为什么还要new/delete?
malloc与free是C++/C语言的标准库函数,new/delete是C++的运算符。它们都可用于申请动态内存和释放内存。
对于非内部数据类型的对象而言,光用maloc/free无法满足动态对象的要求。对象在创建的同时要自动执行构造函数,对象在消亡之前要自动执行析构函数。由于malloc/free是库函数而不是运算符,不在编译器控制权限之内,不能够把执行构造函数和析构函数的任务强加于malloc/free。
因此C++语言需要一个能完成动态内存分配和初始化工作的运算符new,以及一个能完成清理与释放内存工作的运算符delete。注意 new/delete不是库函数。我们先看一看malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理,见示例6。
 
class Obj
{
 public :
  Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }
  ~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }
  void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }
  void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }
};
void UseMallocFree(void)
{
 Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存
 a->Initialize(); // 初始化
 //…
 a->Destroy(); // 清除工作
 free(a); // 释放内存
}
void UseNewDelete(void)
{
 Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
 //…
 delete a; // 清除并且释放内存
}
 
示例 用malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理
类Obj的函数Initialize模拟了构造函数的功能,函数Destroy模拟了析构函数的功能。函数UseMallocFree中,由于 malloc/free不能执行构造函数与析构函数,必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。函数 UseNewDelete则简单得多。
所以我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理,应该用new/delete。由于内部数据类型的“对象”没有构造与析构的过程,对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。
既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢?这是因为C++程序经常要调用C函数,而C程序只能用malloc/free管理动态内存。
如果用free释放“new创建的动态对象”,那么该对象因无法执行析构函数而可能导致程序出错。如果用delete释放“malloc申请的动态内存”,理论上讲程序不会出错,但是该程序的可读性很差。所以new/delete必须配对使用,malloc/free也一样。
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