踏入
C++
中的雷区——
C++
内存管理详解
2006-04-25 09:22
作者：蒋涛出处：计算机教学网责任编辑：方舟
伟大的
Bill Gates
曾经失言：
640K ought to be enough for everybody
—
Bill Gates 1981
程序员们经常编写内存管理程序，
往往提心吊胆。
如果不想触雷，
唯一的解决办法就是
发现所有潜伏的地雷并且排除它们，
躲是躲不了的。
本文的内容比一般教科书的要深入得多，
读者需细心阅读，做到真正地通晓内存管理。
1
、内存分配方式（全局数据区、代码区（存函数）
、栈、堆）
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。
2
、常见的内存错误及其对策
发生内存错误是件非常麻烦的事情。
编译器不能自动发现这些错误，
通常是在程序运行
时才能捕捉到。
而这些错误大多没有明显的症状，
时隐时现，
增加了改错的难度。
有时用户
怒气冲冲地把你找来，程序却没有发生任何问题，你一走，错误又发作了。
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”
。
【规则
1
】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
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
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
4
】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
【规则
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”
。
3
、指针与数组的对比
C++/C
程序中，指针和数组在不少地方可以相互替换着用，让人产生一种错觉，以为两
者是等价的。
数组要么在静态存储区被创建（如全局数组）
，要么在栈上被创建。数组名对应着（而
不是指向）一块内存，其地址与容量在生命期内保持不变，只有数组的内容可以改变。
指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特征是“可变”
，所以我们常用指针来操作
动态内存。指针远比数组灵活，但也更危险。
下面以字符串为例比较指针与数组的特性。
3.1
修改内容
示例
3-1
中，
字符数组
a
的容量是
6
个字符，
其内容为
hello
。
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
）
，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;
示例
3.1
修改数组和指针的内容
3.2
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)
?
示例
3.2
数组和指针的内容复制与比较
3.3
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’
’
）
。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
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
}
示例
3.3
（
b
）
数组退化为指针
4
、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
4.1
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
4.2
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，见示例
4.3
。
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
4.3
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
4.4
。
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
4.4 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。如果把示例
4.4
改写成示例
4.5
，会怎么样？
char *GetString2(void)
{
char *p = "hello world";
return p;
}
void Test5(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString2();
cout<< str << endl;
}
示例
4.5 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。
5、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。
6、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6 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。
7、内存耗尽怎么办？
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc和new将返回NULL指针，宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题。
（1）判断指针是否为NULL，如果是则马上用return语句终止本函数。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL) {
return;
}
? }
（2）判断指针是否为NULL，如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL)
{
cout << “Memory Exhausted” << endl; exit(1); } ? }
（3）为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数，也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详细内容请参考C++使用手册。
上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存，那么方式（1）就显得力不从心（释放内存很麻烦），应该用方式（2）来处理。
很多人不忍心用exit(1)，问：“不编写出错处理程序，让操作系统自己解决行不行？” 不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救。如果不用exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统。道理如同：如果不把歹徒击毙，歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。对于32位以上的应用程序而言，无论怎样使用malloc与new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在Windows 98下用Visual C++编写了测试程序，见示例7。这个程序会无休止地运行下去，根本不会终止。因为32位操作系统支持“虚存”，内存用完了，自动用硬盘空间顶替。我只听到硬盘嘎吱嘎吱地响，Window 98已经累得对键盘、鼠标毫无反应。我可以得出这么一个结论：对于32位以上的应用程序，“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用，我就不写了，省了很多麻烦。我不想误导读者，必须强调：不加错误处理将导致程序的质量很差，千万不可因小失大。 void main(void) {
float *p = NULL;
while(TRUE) {
p = new float[1000000];
cout << “eat memory” << endl; if(p==NULL) exit(1); } }
示例7试图耗尽操作系统的内存
8、malloc/free 的使用要点
函数malloc的原型如下： void * malloc(size_t size);
用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下： int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);
我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。
* malloc返回值的类型是void *，所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void * 转换成所需要的指针类型。
* malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int, float等数据类型的变量的确切字节数。例如int变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节，在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试： cout << sizeof(char) << endl; cout << sizeof(int) << endl; cout << sizeof(unsigned int) << endl; cout << sizeof(long) << endl; cout << sizeof(unsigned long) << endl; cout << sizeof(float) << endl; cout << sizeof(double) << endl;
cout << sizeof(void *) << endl;
在malloc的“()”中使用sizeof运算符是良好的风格，但要当心有时我们会昏了头，写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。 * 函数free的原型如下： void free( void * memblock );
为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢？这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存。如果p是NULL指针，那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL指针，那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
9、new/delete 的使用要点
运算符new使用起来要比函数malloc简单得多，例如： int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length); int *p2 = new int[length];
这是因为new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言，new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数，那么new的语句也可以有多种形式。例如 class Obj { public :
Obj(void); // 无参数的构造函数 Obj(int x); // 带一个参数的构造函数 ? }
void Test(void)
{
Obj *a = new Obj;
Obj *b = new Obj(1); // 初值为1 ? delete a; delete b; }
如果用new创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如 Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象 不能写成
Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1 在用delete释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’。例如 delete []objects; // 正确的用法 delete objects; // 错误的用法
后者相当于delete objects[0]，漏掉了另外99个对象。
10、一些心得体会
我的经验教训是：
（1）越是怕指针，就越要使用指针。不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。 （2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质。
5、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。
6、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6 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。
7、内存耗尽怎么办？
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc和new将返回NULL指针，宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题。
（1）判断指针是否为NULL，如果是则马上用return语句终止本函数。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL) {
return;
}
? }
（2）判断指针是否为NULL，如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL)
{
cout << “Memory Exhausted” << endl; exit(1); } ? }
（3）为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数，也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详细内容请参考C++使用手册。
上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存，那么方式（1）就显得力不从心（释放内存很麻烦），应该用方式（2）来处理。
很多人不忍心用exit(1)，问：“不编写出错处理程序，让操作系统自己解决行不行？” 不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救。如果不用exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统。道理如同：如果不把歹徒击毙，歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。对于32位以上的应用程序而言，无论怎样使用malloc与new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在Windows 98下用Visual C++编写了测试程序，见示例7。这个程序会无休止地运行下去，根本不会终止。因为32位操作系统支持“虚存”，内存用完了，自动用硬盘空间顶替。我只听到硬盘嘎吱嘎吱地响，Window 98已经累得对键盘、鼠标毫无反应。我可以得出这么一个结论：对于32位以上的应用程序，“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用，我就不写了，省了很多麻烦。我不想误导读者，必须强调：不加错误处理将导致程序的质量很差，千万不可因小失大。 void main(void) {
float *p = NULL;
while(TRUE) {
p = new float[1000000];
cout << “eat memory” << endl; if(p==NULL) exit(1); } }
示例7试图耗尽操作系统的内存
8、malloc/free 的使用要点
函数malloc的原型如下： void * malloc(size_t size);
用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下： int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);
我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。
* malloc返回值的类型是void *，所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void * 转换成所需要的指针类型。
* malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int, float等数据类型的变量的确切字节数。例如int变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节，在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试： cout << sizeof(char) << endl; cout << sizeof(int) << endl; cout << sizeof(unsigned int) << endl; cout << sizeof(long) << endl; cout << sizeof(unsigned long) << endl; cout << sizeof(float) << endl; cout << sizeof(double) << endl;
cout << sizeof(void *) << endl;
在malloc的“()”中使用sizeof运算符是良好的风格，但要当心有时我们会昏了头，写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。 * 函数free的原型如下： void free( void * memblock );
为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢？这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存。如果p是NULL指针，那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL指针，那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
9、new/delete 的使用要点
运算符new使用起来要比函数malloc简单得多，例如： int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length); int *p2 = new int[length];
这是因为new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言，new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数，那么new的语句也可以有多种形式。例如 class Obj { public :
Obj(void); // 无参数的构造函数 Obj(int x); // 带一个参数的构造函数 ? }
void Test(void)
{
Obj *a = new Obj;
Obj *b = new Obj(1); // 初值为1 ? delete a; delete b; }
如果用new创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如 Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象 不能写成
Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1 在用delete释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’。例如 delete []objects; // 正确的用法 delete objects; // 错误的用法
后者相当于delete objects[0]，漏掉了另外99个对象。
10、一些心得体会
我的经验教训是：
（1）越是怕指针，就越要使用指针。不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。 （2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质。
5、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。
6、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6 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。
7、内存耗尽怎么办？
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，malloc和new将返回NULL指针，宣告内存申请失败。通常有三种方式处理“内存耗尽”问题。
（1）判断指针是否为NULL，如果是则马上用return语句终止本函数。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL) {
return;
}
? }
（2）判断指针是否为NULL，如果是则马上用exit(1)终止整个程序的运行。例如： void Func(void) {
A *a = new A; if(a == NULL)
{
cout << “Memory Exhausted” << endl; exit(1); } ? }
（3）为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数，也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。详细内容请参考C++使用手册。
上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一个函数内有多处需要申请动态内存，那么方式（1）就显得力不从心（释放内存很麻烦），应该用方式（2）来处理。
很多人不忍心用exit(1)，问：“不编写出错处理程序，让操作系统自己解决行不行？” 不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救。如果不用exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统。道理如同：如果不把歹徒击毙，歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。对于32位以上的应用程序而言，无论怎样使用malloc与new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在Windows 98下用Visual C++编写了测试程序，见示例7。这个程序会无休止地运行下去，根本不会终止。因为32位操作系统支持“虚存”，内存用完了，自动用硬盘空间顶替。我只听到硬盘嘎吱嘎吱地响，Window 98已经累得对键盘、鼠标毫无反应。我可以得出这么一个结论：对于32位以上的应用程序，“内存耗尽”错误处理程序毫无用处。这下可把Unix和Windows程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用，我就不写了，省了很多麻烦。我不想误导读者，必须强调：不加错误处理将导致程序的质量很差，千万不可因小失大。 void main(void) {
float *p = NULL;
while(TRUE) {
p = new float[1000000];
cout << “eat memory” << endl; if(p==NULL) exit(1); } }
示例7试图耗尽操作系统的内存
8、malloc/free 的使用要点
函数malloc的原型如下： void * malloc(size_t size);
用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下： int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);
我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。
* malloc返回值的类型是void *，所以在调用malloc时要显式地进行类型转换，将void * 转换成所需要的指针类型。
* malloc函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我们通常记不住int, float等数据类型的变量的确切字节数。例如int变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节，在32位下也是4个字节。最好用以下程序作一次测试： cout << sizeof(char) << endl; cout << sizeof(int) << endl; cout << sizeof(unsigned int) << endl; cout << sizeof(long) << endl; cout << sizeof(unsigned long) << endl; cout << sizeof(float) << endl; cout << sizeof(double) << endl;
cout << sizeof(void *) << endl;
在malloc的“()”中使用sizeof运算符是良好的风格，但要当心有时我们会昏了头，写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。 * 函数free的原型如下： void free( void * memblock );
为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢？这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free(p)能正确地释放内存。如果p是NULL指针，那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL指针，那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
9、new/delete 的使用要点
运算符new使用起来要比函数malloc简单得多，例如： int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length); int *p2 = new int[length];
这是因为new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言，new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数，那么new的语句也可以有多种形式。例如 class Obj { public :
Obj(void); // 无参数的构造函数 Obj(int x); // 带一个参数的构造函数 ? }
void Test(void)
{
Obj *a = new Obj;
Obj *b = new Obj(1); // 初值为1 ? delete a; delete b; }
如果用new创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如 Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象 不能写成
Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1 在用delete释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’。例如 delete []objects; // 正确的用法 delete objects; // 错误的用法
后者相当于delete objects[0]，漏掉了另外99个对象。
10、一些心得体会
我的经验教训是：
（1）越是怕指针，就越要使用指针。不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。 （2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质。
