c/c++內存管理

  程序員們常常編寫內存管理程序，每每提心吊膽。若是不想觸雷，惟一的解決辦法就是發現全部潛伏的地雷而且排除它們，躲是躲不了的。本文的內容比通常教科書的要深刻得多，讀者需細心閱讀，作到真正地通曉內存管理。

一、內存分配方式

內存分配方式有三種：

（1）從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。

（2）在棧上建立。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元均可以在棧上建立，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，可是分配的內存容量有限。

（3） 從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員本身負責在什麼時候用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由咱們決定，使用很是靈活，但問題也最多。

二、常見的內存錯誤及其對策

發生內存錯誤是件很是麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤，一般是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的症狀，時隱時現，增長了改錯的難度。有時用戶怒氣衝衝地把你找來，程序卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發做了。 常見的內存錯誤及其對策以下：

* 內存分配未成功，卻使用了它。

編程新手常犯這種錯誤，由於他們沒有意識到內存分配會不成功。經常使用解決辦法是，在使用內存以前檢查指針是否爲NULL。若是指針p是函數的參數，那麼在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行

檢查。若是是用malloc或new來申請內存，應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。

* 內存分配雖然成功，可是還沒有初始化就引用它。

犯這種錯誤主要有兩個原由：一是沒有初始化的觀念；二是誤覺得內存的缺省初值全爲零，致使引用初值錯誤（例如數組）。內存的缺省初值到底是什麼並無統一的標準，儘管有些時候爲零值，咱們寧肯信其無不可信其有。因此不管用何種方式建立數組，都別忘了賦初值，即使是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。

* 內存分配成功而且已經初始化，但操做越過了內存的邊界。

例如在使用數組時常常發生下標「多1」或者「少1」的操做。特別是在for循環語句中，循環次數很容易搞錯，致使數組操做越界。

* 忘記了釋放內存，形成內存泄露。

含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序忽然死掉，系統出現提示：內存耗盡。

動態內存的申請與釋放必須配對，程序中malloc與free的使用次數必定要相同，不然確定有錯誤（new/delete同理）。

* 釋放了內存卻繼續使用它。

有三種狀況：

（1）程序中的對象調用關係過於複雜，實在難以搞清楚某個對象到底是否已經釋放了內存，此時應該從新設計數據結構，從根本上解決對象管理的混亂局面。

（2）函數的return語句寫錯了，注意不要返回指向「棧內存」的「指針」或者「引用」，由於該內存在函數體結束時被自動銷燬。

（3）使用free或delete釋放了內存後，沒有將指針設置爲NULL。致使產生「野指針」。

【規則1】用malloc或new申請內存以後，應該當即檢查指針值是否爲NULL。防止使用指針值爲NULL的內存。

【規則2】不要忘記爲數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存做爲右值使用。

【規則3】避免數組或指針的下標越界，特別要小心發生「多1」或者「少1」操做。

【規則4】動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存泄漏。

【規則5】用free或delete釋放了內存以後，當即將指針設置爲NULL，防止產生「野指針」。

三、指針與數組的對比

C /C程序中，指針和數組在很多地方能夠相互替換着用，讓人產生一種錯覺，覺得二者是等價的。

數組要麼在靜態存儲區被建立（如全局數組），要麼在棧上被建立。數組名對應着（而不是指向）一塊內存，其地址與容量在生命期內保持不變，只有數組的內容能夠改變。

指針能夠隨時指向任意類型的內存塊，它的特徵是「可變」，因此咱們經常使用指針來操做動態內存。指針遠比數組靈活，但也更危險。

下面以字符串爲例比較指針與數組的特性。

3.1 修改內容

示例3-1中，字符數組a的容量是6個字符，其內容爲hello。a的內容能夠改變，如a[0]= ‘X’。指針p指向常量字符串「world」（位於靜態存儲區，內容爲world），常量字符串的內容是不能夠被修改的。從語法上看，編譯器並不以爲語句 p[0]= ‘X’有什麼不妥，可是該語句企圖修改常量字符串的內容而致使運行錯誤。

• 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’; // 編譯器不能發現該錯誤
• cout << p << endl;

複製代碼
示例3.1 修改數組和指針的內容

3.2 內容複製與比較

不能對數組名進行直接複製與比較。示例7-3-2中，若想把數組a的內容複製給數組b，不能用語句 b = a ，不然將產生編譯錯誤。應該用標準庫函數strcpy進行復制。同理，比較b和a的內容是否相同，不能用if(b==a) 來判斷，應該用標準庫函數strcmp進行比較。

語句p = a 並不能把a的內容複製指針p，而是把a的地址賦給了p。要想複製a的內容，能夠先用庫函數malloc爲p申請一塊容量爲strlen(a) 1個字符的內存，再用strcpy進行字符串複製。同理，語句if(p==a) 比較的不是內容而是地址，應該用庫函數strcmp來比較。

• // 數組…
• 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)
• …
• // 指針…
• 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)
• …

複製代碼
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