高质量C++/C程序设计指南(5)--内存管理和指针2
|
free和delete把指针怎么啦？ 别看free和delete的名字恶狠狠的（尤其是delete），它们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。 用调试器跟踪示例7-5，发现指针p被free以后其地址仍然不变（非NULL），只是该地址对应的内存是垃圾，p成了“野指针”。如果此时不把p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。很遗憾，此时if语句起不到防错作用，因为即便p不是NULL指针，它也不指向合法的内存块。
示例7-5 p成为野指针 7.6 动态内存会被自动释放吗？ 函数体内的局部变量在函数结束时自动消亡。很多人误以为示例7-6是正确的。理由是p是局部的指针变量，它消亡的时候会让它所指的动态内存一起完蛋。这是错觉！
示例7-6 试图让动态内存自动释放 我们发现指针有一些“似是而非”的特征： （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。 这表明释放内存并不是一件可以草率对待的事。也许有人不服气，一定要找出可以草率行事的理由： 如果程序终止了运行，一切指针都会消亡，动态内存会被操作系统回收。既然如此，在程序临终前，就可以不必释放内存、不必将指针设置为NULL了。终于可以偷懒而不会发生错误了吧？ 想得美。如果别人把那段程序取出来用到其它地方怎么办？ 7.7 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。参见7.5节。 （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 << “Funcof 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。 7.8 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7-8。
示例7-8 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。 7.9 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 << “MemoryExhausted” << 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7-9。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，Window98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。
示例7-9试图耗尽操作系统的内存 7.10 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”。 u 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。 u 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。 u 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。
7.11 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 = newObj(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。 |
