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2013年(15)

2012年(5)

分类: C/C++

2013-09-03 14:32:13

内存管理
内存分配方式有三种:
(1) 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的
整个运行期间都存在。例如全局变量,static 变量。
(2) 在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函
数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集
中,效率很高,但是分配的内存容量有限。
(3) 从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc 或new 申请任意多
少的内存,程序员自己负责在何时用free 或delete 释放内存。动态内存的生存期
由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多。
常见的内存错误及其对策如下:
 内存分配未成功,却使用了它。
编程新手常犯这种错误,因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是,
在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p 是函数的参数,那么在函数的入口
处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc 或new 来申请内存,应该用if(p==NULL)
或if(p!=NULL)进行防错处理。
 内存分配虽然成功,但是尚未初始化就引用它。
犯这种错误主要有两个起因:一是没有初始化的观念;二是误以为内存的缺省初值
全为零,导致引用初值错误(例如数组)。
内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准,尽管有些时候为零值,我们宁可信
其无不可信其有。所以无论用何种方式创建数组,都别忘了赋初值,即便是赋零值也不
可省略,不要嫌麻烦。
 内存分配成功并且已经初始化,但操作越过了内存的边界。
例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for 循环语
句中,循环次数很容易搞错,导致数组操作越界。
 忘记了释放内存,造成内存泄露。
含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足,你
看不到错误。终有一次程序突然死掉,系统出现提示:内存耗尽。
动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc 与free 的使用次数一定要相同,否
则肯定有错误(new/delete 同理)。
释放了内存却继续使用它。
有三种情况:
(1)程序中的对象调用关系过于复杂,实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内
存,此时应该重新设计数据结构,从根本上解决对象管理的混乱局面。
(2)函数的return 语句写错了,注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”,
因为该内存在函数体结束时被自动销毁。
(3)使用free 或delete 释放了内存后,没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。
】用malloc 或new 申请内存之后,应该立即检查指针值是否为NULL。
防止使用指针值为NULL 的内存。
 【规则7-2-2】不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右
值使用。
 【规则7-2-3】避免数组或指针的下标越界,特别要当心发生“多1”或者“少1”
操作。
 【规则7-2-4】动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏。
 【规则7-2-5】用free 或delete 释放了内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产
生“野指针”。
指针与数组的对比
修改内容
示例7-3-1 中,字符数组a 的容量是6 个字符,其内容为hello\0。a 的内容可以改变,
如a[0]= ‘X’。指针p 指向常量字符串“world”(位于静态存储区,内容为world\0),常
量字符串的内容是不可以被修改的。从语法上看,编译器并不觉得语句p[0]= ‘X’有什么
不妥,但是该语句企图修改常量字符串的内容而导致运行错误。
char a[] = “hello”;
a[0] = ‘X’;
cout << a << endl;
char *p = “world”; // 注意p 指向常量字符串
p[0] = ‘X’; // 编译器不能发现该错误
cout << p << endl;
内容复制与比较
不能对数组名进行直接复制与比较。示例7-3-2 中,若想把数组a 的内容复制给数
组b,不能用语句 b = a ,否则将产生编译错误。应该用标准库函数strcpy 进行复制。
同理,比较b 和a 的内容是否相同,不能用if(b==a) 来判断,应该用标准库函数strcmp
进行比较。
语句p = a 并不能把a 的内容复制指针p,而是把a 的地址赋给了p。要想复制a
的内容,可以先用库函数malloc 为p 申请一块容量为strlen(a)+1 个字符的内存,再用
strcpy 进行字符串复制。同理,语句if(p==a) 比较的不是内容而是地址,应该用库函
数strcmp 来比较。
// 数组…
char a[] = "hello";
char b[10];
strcpy(b, a); // 不能用 b = a;
if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用 if (b == a)

// 指针…
int len = strlen(a);
char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*(len+1));
strcpy(p,a); // 不要用 p = a;
if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用 if (p == a)
计算内存容量
用运算符sizeof 可以计算出数组的容量(字节数)。示例7-3-3(a)中,sizeof(a)
的值是12(注意别忘了’\0’)。指针p 指向a,但是sizeof(p)的值却是4。这是因为
sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数,相当于sizeof(char*),而不是p 所指的内
存容量。C++/C 语言没有办法知道指针所指的内存容量,除非在申请内存时记住它。
注意当数组作为函数的参数进行传递时,该数组自动退化为同类型的指针。示例
7-3-3(b)中,不论数组a 的容量是多少,sizeof(a)始终等于sizeof(char *)。
char a[] = "hello world";
char *p = a;
cout<< sizeof(a) << endl; // 12 字节
cout<< sizeof(p) << endl; // 4 字节
示例7-3-3(a) 计算数组和指针的内存容量
void Func(char a[100])
{
cout<< sizeof(a) << endl; // 4 字节而不是100 字节
}
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
}
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。

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7-4-4。
char *GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; // 编译器将提出警告
}
char *GetString2(void)
{
char *p = "hello world";
return p;
}
void Test5(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString2();
cout<< str << endl;
}
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。
free 和delete 把指针怎么啦?
别看free 和delete 的名字恶狠狠的(尤其是delete),它们只是把指针所指的内存给
释放掉,但并没有把指针本身干掉。
用调试器跟踪示例7-5,发现指针p 被free 以后其地址仍然不变(非NULL),只是
该地址对应的内存是垃圾,p 成了“野指针”。如果此时不把p 设置为NULL,会让人误
以为p 是个合法的指针。
动态内存会被自动释放吗?
函数体内的局部变量在函数结束时自动消亡。很多人误以为示例7-6 是正确的。理
由是p 是局部的指针变量,它消亡的时候会让它所指的动态内存一起完蛋。这是错觉!
void Func(void)
{
char *p = (char *) malloc(100); // 动态内存会自动释放吗?
}
示例7-6 试图让动态内存自动释放
我们发现指针有一些“似是而非”的特征:
(1)指针消亡了,并不表示它所指的内存会被自动释放。
(2)内存被释放了,并不表示指针会消亡或者成了NULL 指针。
杜绝“野指针”
(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。
(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。
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