常见的内存问题和野指针

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程序员决定,使用非常灵活,但如果在堆上分配了空间,就有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏,频繁地分配和释放不同大小的堆空间将会产生堆内碎块。

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常见的错误

关于内存的一些知识已在内存分配中提及,现记录与分享常见的内存错误与对策。

类型 1:内存未分配成功,却使用了它。

方 法:在使用之前检查指针是否为NULL。

         1)当指针p是函数的参数时,在函数入口处用语句assert(p!=NULL)进行断言检查。

         2)当使用malloc或new来申请内存时,应该用if(p != NULL)进行防错检查。

类型 2:引用了尚未初始化的指针

原 因:内存的缺省初始值究竟是什么并没有统一的标准,在使用之前都进行初始化。

          1)没有初始化的观念。

          2)内存的缺省值是未定义,即垃圾值。

类型 3:越界操作内存

原 因:内存分配成功且初始了,但越界操作是不允许的。

例 如:在使用数组时经常发生下标“多1”或“少1”,特别是在for循环语句时。

类型 4:忘记释放内存,造成内存泄漏。

原 因:含有这种类型错误的函数,每被调用一次,就丢失一块内存。当内存充足时看不到这种错误带来的影响,当内存耗尽时系统提示:“内存耗尽”。因此,动态内存的申请与释放必须配对,程序中malloc与free的使用次数要相同。

类型 5:释放了内存却继续使用它

原 因:对应的情况有2种

          1)返回了“栈内存的指针或引用”,因为堆栈中的变量在函数结束后自动销毁。

          2)某块内存被free后,没有将指向该内存的指针设置为NULL,导致产生“野指针”。

使用规则

  为了保证代码的健壮和安全,可以参考如下的规则:

规则1:使用malloc申请的内存时,必须要立即检查相对应的指针是否为NULL。

规则2:初始化数组和动态内存。

规则3:避免数组或指针下标越界。

规则4:动态内存的申请和释放必须相配对,防止内存泄漏。

规则5:free释放某块内存之后,要立即将指针设置为NULL,防止产生野指针。

几个重要的概念

1.野指针

   概念:“野指针”不是NULL指针,是指指向“垃圾”内存的指针。即指针指向的内容是不确定的。

   产生的原因:1)指针变量没有初始化。因此,创建指针变量时,该变量要被置为NULL或者指向合法的内存单元。

                         2)指针p被free之后,没有置为NULL,让人误以为p是个合法的指针。

                         3)指针跨越合法范围操作。不要返回指向栈内存的指针或引用

野指针:随机指向一块内存的指针(容易造成内存泄漏)

 不一定每次都产生段错误,也许有一次刚好分配到一个已经分配好的空间 

 非法访问:不经过操作系统的允许,来访问内存空间 

2.如何避免野指针?

 养成良好的编码习惯:

           (1)当没有指针指向时,要置为NULL

           (2)给指针指向的空间赋值时,一定要给指针分配空间

           (3)检查是否分配成功

           (4)分配成功之后,初始化

           (5)使用时,注意不要越界

           (6)使用完之后,free

           (7)free之后再次置NULL



 当看到指针指向NULL时:

           ①注意不能对指针指向的空间做操作

           ②提醒这是一个野指针

例子1-1:引用尚未初始化的指针

char *p;

*p = ‘A’;//error,p指向未定义

例子1-2:return语句返回指向“栈内存”的指针

char *GetString1(void)

{

char p[] = "hello world!";  

//p在栈区,常量字符串在常量字符区  

return p;//error,返回栈内存的地址  

}

例子1-3:使用了被释放的内存

char pstr = (char )malloc(sizeof(char)*100);

free(pstr); //pstr所指的内存被释放

if (NULL !=pstr)//没起到作用

{

strcpy(pstr,"string!");//error,有时候程序不会提示有误,但还是不允许 

}

注意:free()释放的是指针指向的内存!不是指针变量!这点非常非常重要!指针是一个变量,只有程序结束时才被销毁。释放了内存空间后,原来指向这块空间的指针还是存在!只不过现在指针指向的内容的垃圾,是未定义的,所以说是垃圾。因此,前面我已经说过了,释放内存后把指针指向NULL,防止指针在后面不小心又被解引用。

对比下面的例子,加深理解

例子1-4:函数返回值传递动态内存

char* GetMemory(int num)

{

char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); 

return p ;//ok,返回堆区的地址值  

}

例子1-5:

char *GetString(void)

{

char *p = "hello world!";  

//指针变量p在栈区,指向文字常量区的字符  



return p;//ok,返回字符串的地址  

}

2.内存泄漏

概念:用动态内存分配函数动态开辟的空间,在使用完毕后未释放,结果导致一直占据该内存单元,直到程序结束。

注意:内存泄漏是指堆内存的泄漏。它的一般表现方式是程序运行时间越长,占用内存越多,最终用尽全部内存,整个系统崩溃。

例子2-1:内存泄漏,共9*100字节发生泄漏

void Test(void)

{

char *p = NULL;  

for ( int i = 0; i<10; i++)  

{  

    p = (char*)malloc(100);//没循环一次内存泄漏一块,最后一次得到正确使用 

}    

strncpy(p,"string!");  

free(p);  

}

3.内存溢出

概念:系统分配的内存不足以放下数据,称为内存溢出。

例子3-1:运行时提示出错

char str[10]={0};

strcpy(str,”hello world!”);//error!

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