C/C++ 内存管理问题

本文摘自 高质量 C++/C 编程指南  作者 林锐

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。动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。

 

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。

 

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自时被动销毁。

使用 free 或 delete 释放了内存后，将指针设置为 NULL。以防产生“野指针”。

 

数组名对应着（而不是指向）一块内存，数组名相当于一个常量指针，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。

 

对于同一个char型字符串char str[] = "Hello"：

strlen(str)的值为5  ，求的是这个字符串有效字符的个数，不包含用于结束字符串的   0  

sizeof(str)的值为6 ， 求的是这个变量一共占用内存的字节数，当然包含最后一个用于结束字符串的  0 。

 

对于char  *p = str  ;   sizeof(p)的值为int型变量在内存中占用的容量。C++/C 语言没有办法知道指针所指的内存容量。

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。

void Func(char a[100])
{
　　cout<< sizeof(a) << endl;     // 4 字节而不是 100 字节
} 

 

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。 

GetMemory(str, 200)并没有使 str 获得期望的内存，str 依旧是 NULL。（pass by value）

void GetMemory(char *p, int num)
{
　　p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); //系统会开辟一个临时存储区保存p 的值，这里的p不是原来那个p     pass by value
}

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”。

void GetMemory2(char **p, int num)
{
　　*p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}

 

char * Test1(void)
{
　　char str[] = "Hellow!";   //虽然“Hellow！”是字符串常量被保存在静态区，

　　　　　　　　　　　　　//但字符串str是局部变量str会在栈中创建。当函数返回时str会被销毁。
　　return str;
}

char *Test2(void)
{
　　char *pStr = "Hellow!";// "Hellow!" 是字符串常量，其会保存在静态存储区，而pStr只是一个指针，

　　　　　　　　　　　　  // 即使栈中pStr被消除，“Hellow”依旧存在且地址不变
　　return pStr;
}

 

free和delete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。如果此时不把 指针 设置为 NULL，会让人误以为 p 是个合法的指针。

如果程序比较长，我们有时记不住 p 所指的内存是否已经被释放，在继续使用 p 之前，通常会用语句 if (p != NULL)进行防错处理。

（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

“野指针”的成因主要有三种：
（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。

（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。例如：

void Test(void)
{
　　A *p;
　　{
　　　　A a;
　　　　p = &a; // 注意 a 的生命期 ，a的生命周期只是本代码块，离开这个块其就不存在了
　　}
　　p->Func(); // p 是“野指针”
}

 

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。 

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。故C++不把 malloc/free 淘汰。 

 

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。

（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。

（3）为 new 和 malloc 设置异常处理函数。

 

按照Ｃ＋＋的设计意图，追求速度，所以在VC里面new int[100]只是动态开辟空间，并不进行初始化。其他编译器也许会对内存自动赋值为 0 。

new int[100]( );   在方括号后添加圆括号会对新开辟的内存空间初始化为  0    。new int[100](9) 字面上的意思是将变量初始化为9但是本句无法通过编译，因为只有在堆中创建对象时，圆括号中才能加入数据例如：new obj[9]( para )。一般内建类型的变量只能自动初始化为0，也就是只能使用new int[100]()。

关于new：http://www.cppblog.com/weiym/archive/2013/11/17/204292.html

 

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。

 

续编程指南第八章