关于C语言中的内存管理

内存管理确实非常的棘手，今天看高质量c++编程的时候，弄得一塌糊涂，我想用我自己的理解方式说说一二，希望不正确的地方，大家指出批评，以求改正。
　　 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
　　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7-2-1】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
　　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。
　　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;
　　示例7-3-1 修改数组和指针的内容
　　
　　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
　　}
　　示例7-3-3（b） 数组退化为指针
　　
　　
　　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7-4-1 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。

       这里我插几句，也许就看这个理解不了，用我自己的话来说，函数参数传进来地址，如果我们改变其地址，则str是不会变化的，如果我们改变的是传进来的地址所指的内容，则str所指的内容也相应改变。
　　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7-4-2。
　　void GetMemory2(char **p, int num)
　　{
　　*p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); //改变的是p所指的内容，所以有效
　　}
　　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7-4-2 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7-4-3。
　　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7-4-3 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7-4-4。
　　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;
　　}

 

转自：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20806919&do=blog&id=132237