内存管理 -- 高质量编程

内存分配方式

一、简介

• 内存分配方式有三种：

（ 1） 从静态存储区域分配。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。
注：栈如桶，堆如倒树。

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。

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 malloc或 new来申请内存，应该用 if(p==NULL)或 if(p!=NULL)进行防错处理。

• 内存分配虽然成功，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）。

• 忘记了释放内存，造成内存泄露。
  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”。

【规则 7-2-1】 用 malloc 或 new 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 7-2-2】 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 7-2-3】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” 操作。
【规则 7-2-4】 动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。
【规则 7-2-5】 用 free 或 delete 释放了内存之后，立即将指针设置为 NULL，防止产 生“野指针”。

二、指针与数组的对比

• 1 修改内容

字符数组 a 的容量是 6 个字符，其内容为 hello\0。 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\0），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。

修改数组和指针的内容

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;

• 2 内容复制与比较

不能对数组名进行直接复制与比较。示例 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 b 和 a 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 malloc 为 p 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。

示例：数组和指针的内容复制与比较

// 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)
…

• 3，计算内存容量

示例 ：计算数组和指针的内存容量

char a[] = "hello world";
char *p = a;
cout<< sizeof(a) << endl; // 12 字节
cout<< sizeof(p) << endl; // 4 字节

示例： 数组退化为指针

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

用运算符 sizeof 可以计算出数组的容量（字节数）。
示例中，sizeof(a)的值是 12（注意别忘了’\0’）。
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。 示例中，不论数组 a 的容量是多少，sizeof(a)始终等于 sizeof(char *)。

• 4 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：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
}