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c++的内存管理

  一般的系统软件其实要求内存不是很大的,在写程序中一定要做好内存管理的工作,否则可能会出现内存溢出的地方

一、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mallocnew申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用freedelete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.

二、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mallocnew来申请内存,应该用if(p==NULL) 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.1

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1”或者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mallocfree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freedelete释放了内存后,没有将指针设置为NULL.导致产生野指针”.

* 【规则1】用mallocnew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3】避免数组或指针的下标越界,特别要当心发生1”或者1”操作.

* 【规则4】动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏.

* 【规则5】用freedelete释放了内存之后,立即将指针设置为NULL,防止产生野指针”.

三、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

示例中,字符数组a的容量是6个字符,其内容为hello.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),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 修改数组和指针的内容

内容复制与比较

不能对数组名进行直接复制与比较.示例7-3-2中,若想把数组a的内容复制给数组b,不能用语句 b = a ,否则将产生编译错误.应该用标准库函数strcpy进行复制.同理,比较ba的内容是否相同,不能用if(b==a) 来判断,应该用标准库函数strcmp进行比较.

语句p = a 并不能把a的内容复制指针p,而是把a的地址赋给了p.要想复制a的内容,可以先用库函数mallocp申请一块容量为strlen(a)+1个字符的内存,再用strcpy进行字符串复制.同理,语句if(p==a) 比较的不是内容而是地址,应该用库函数strcmp来比较.

    // 数组

    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)

   

       // 指针

    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)

   

  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’’).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1295090572

    void Func(char a[100])

    {

          cout<< sizeof(a) << endl; // 4字节而不是100字节

    }

示例数组退化为指针 1

四、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

    }

 

毛病出在函数GetMemory .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.

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);

    }

       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);

    }//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);

    }//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;

    }//return语句返回指向栈内存的指针

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.

 

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的.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.

五、 freedelete把指针怎么啦?

别看freedelete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X身干掉.

用调试器跟踪示例7-5,发现指针pfree以后其地址仍然不变(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.

    char *p = (char *) malloc(100);

    strcpy(p, “hello”);

    free(p); // p 所指的内存被释放,但是p所指的地址仍然不变

    if(p != NULL) // 没有起到防错作用

    {

              strcpy(p, “world”); // 出错

    }

 

 

posted on 2007-07-08 10:46 abcd2007 阅读(32) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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