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高质量 C++/C 编程指南 林锐 摘要 内存管理

2017年11月24日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3210字 ⁄ 字号 评论关闭

1、内存分配方式:

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。

(4)文字常量区:像这样:char *p="hello";     //是存储在文字常量区,该内容不可以被修改。

(5)程序代码区:存放的是函数体二进制代码

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。

常见的内存错误及其对策如下:

(1)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。常用的解决办法是,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。

(2)内存分配成功,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。

(3)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。

(4)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)。

3、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”。

4、总之,写程序时应做到:

(1)用malloc或new申请内存之后,应该立即检查指针是否为NULL.防止使用指针值为NULL的内存。

(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。

(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”的操作。

(4)动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄露。

(5)用free或delete 释放了内存之后,立即将指针设置为BULL,防止产生“野指针”。

5、指针和数组的对比:

(1)修改内容,例如修改下面的代码:

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;

数组a的容量为6个字符,a的内容可以改变。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。

6、指针参数是如何传递内存的?

如果函数的参数是一个指针,不要指望用该指针申请动态内存,示例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?

示例1(试图用指针参数申请动态内存):

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。这就是指针可以用做输出参数的原因。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丝毫没有改变,所以函数getmemory并不能输出任何东西。事实上,没执行一次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,那么应该用”指向指针的指针“,见示例2:

示例2:

void getmemory2(cahr **p, int num)

{

*p = (char *)malloc(sizeof(char ) * num);

}

void test2(void)

{

char *str = NULL;

getmemory(&str, 100);  //注意参数是&str,而不是str

strcpy(str , "hello");

cout<< str << endl;

free(str);

}

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。这种方法更简单,见示例3

示例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);

}

用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然很好用,但是常常有人把return 语句用错了。这里强调不要用return语句返回值向”栈内存“的指针,因为该内存在函数在结束时自动消亡,见示例4;

示例4:

char *getstring(void)

{

char p[] = "hello world";

return p;      //编译器将提示警告

}

void test4(void)

{

char *str = NULL;

str = getstring();       //str的内容是垃圾

cout<< str << endl;

}

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该成示例5,会怎么样?

示例5:

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。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。

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