深入解读 C/C++ 内存管理需要注意的问题

上篇讲的：详解C/C++内存分配知识实例。本文的内容是转载，所以只载了重要的部分，不过不会影响阅读。

程序员们经常编写内存管理程序，往往提心吊胆。如果不想触雷，唯一的解决办法就是发现所有潜伏的地雷并且排除它们，躲是躲不了的。本章的内容比一般教科书的要深入得多，读者需细心阅读，做到真正地通晓内存管理。

7.1内存分配方式

内存分配方式有三种： （呵呵，可能和我前面写过的5种内存区域不太一致，不过大致也说的差不多的）
（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。

7.2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：
1.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malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理。
2.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）。
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。
3.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“多1”或者“少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。
4.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malloc与free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误（new/delete同理）。
5.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”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”。

我们再来几个实例吧：

NO.1

void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str,hello world);
printf(str);
}

请问运行Test函数后会是什么样的结果？

NO.2

char *GetMemory(void)
{
char p[] = hello world;
retrun p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}

问题同NO.1

NO.3

void GetMemory2(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str,100);
strcpy(str,hello);
printf(str);
}

问题同NO.1

NO.4

void Test(void)
{
char *str = (char *)malloc(100);
strcpy(str,hello);
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str,world);
printf(str);
}
}

问题同NO.1

对以上问题的分析：

NO.1：程序首先申请一个char类型的指针str,并把str指向NULL（即str里存的是NULL的地址，*str为NULL中的值为 ０），调用函数的过程中做了如下动作：１申请一个char 类型的指针p，２把str的内容copy到了p里（这是参数传递过程中系统所做的）,3为p指针申请了100个空间，４返回Test函数．最后程序把字符 串hello world拷贝到str指向的内存空间里．到这里错误出现了！str的空间始终为NULL而并没有实际的空间．深刻理解函数调用的第2步，将不难发现问题 所在！（建议：画图理解）
NO.2：程序首先申请一个char类型的指针str,并把str指向NULL．调用函数的过程中做了如下动作：１申请一数组p[]并将其赋值为 hello world(数组的空间大小为12)，２返回数组名p付给str指针（即返回了数组的首地址）．那么这样就可以打印出字符串＂hello world＂了么？当然是不能的！因为在函数调用的时候漏掉了最后一步．也就是在第２步return数组名后，函数调用还要进行一步操作，也就是释放内存 空间．当一个函数被调用结束后它会释放掉它里面所有的变量所占用的空间．所以数组空间被释放掉了，也就是说str所指向的内容将不确定是什么东西．
NO.3：正确答案为可以打印出hello．但内存泄漏了！
NO.4：申请空间，拷贝字符串，释放空间．前三步操作都没有任何问题．到if语句里的判断条件开始出错了，因为一个指针被释放之后其内容并不是 NULL，而是一个不确定的值．所以if语句永远都不能被执行．这也是著名的＂野＂指针问题．所以我们在编写程序释放一个指针之后一定要人为的将指针付成 NULL．这样就会避免出现＂野＂指针的出现．有人说＂野＂指针很可怕，会带来意想不到的错误．