2022年C++内存管理详解.docx

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1、精品学习资源C+内存治理详解程序员们经常编写内存治理程序，往往提心吊胆；假如不想触雷，唯独的解决方法就是发觉全部潜伏的地雷并且排除它们，躲是躲不了的；本文的内容比一般教科书的要深化得多，读者需细心阅读，做到真正地通晓内存管理；1、内存支配方式内存支配方式有三种：（1） ）从静态储备区域支配；内存在程序编译的时候就已经支配好，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，函数内局部变量的储备单元都可以在栈上创建，函数执行终止时这些储备单元自动被释放；栈内存支配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是支配的内存容量有限；（3） ） 从

2、堆上支配，亦称动态内存支配；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准备，使用特殊灵敏，但问题也最多；2、常见的内存错误及其计策发生内存错误是件特殊麻烦的事情；编译器不能自动发觉这些错误，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，增欢迎下载精品学习资源加了改错的难度； 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计策如下：*内存支配未成功，却使用了它；编程新手常犯这种错误，由于他们没有意识到内存支配会不成功；常用

3、 解决方法是， 在使用内存之前检查指针是否为NULL；假如指针 p 是函数的参数，那么在函数的入口处用 assertp.=NULL进行检查；假如是用 malloc 或 new来申请内存，应当用 ifp=NULL或ifp.=NULL进行防错处理；* 内存支配虽然成功，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，我们宁可信其无不行信其有；所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不行省略，不要嫌麻烦；* 内存支配成功并且已经初始化，

4、但操作越过了内存的边界；例如在使用数组经经常发生下标“多1”或者“少 1”的操作；特殊是在 for循环语句中，循环次数很简洁搞错，导致数组操作越界；* 遗忘了释放内存，造成内存泄露；欢迎下载精品学习资源含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存；刚开头时系统的内存充分， 你看不到错误； 终有一次程序突然死掉， 系统显现提示： 内存耗尽；动态内存的申请与释放必需配对， 程序中 malloc 与 free 的使用次数确定要相同，否就确定有错误（ new/delete同理）；* 释放了内存却连续使用它；有三种情形：（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

5、，此时应当重新设计数据结构，从根本上解决对象治理的纷乱局面；（2） ）函数的 return语句写错了，留意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，由于该内存在函数体终止时被自动销毁；（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”；【规章 1】用 malloc 或 new申请内存之后， 应当马上检查指针值是否为NULL；防止使用指针值为 NULL的内存；【规章 2】不要遗忘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；欢迎下载精品学习资源【规章 3】防止数组或指针的下标越界，特殊要当心发生“多1”或者“少 1”操作；【规章

6、4】动态内存的申请与释放必需配对，防止内存泄漏；【规章 5】用 free 或 delete释放了内存之后， 马上将指针设置为 NULL，防止产生“野指针”；3、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；数组要么在静态储备区被创建（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转变；指针可以随时指向任意类型的内存块，它的特点是“可变”，所以我们常用指针来操作动态内存；指针远比数组灵敏，但也更危险；下面以字符串为例比较指针与数组的特性；3.1 修改内容示例 3-

7、1 中，字符数组 a 的容量是 6 个字符，其内容为 hello ；a 的内容可以转变，如 a0=X；指针 p 指向常量字符串“ world ”（位于静态欢迎下载精品学习资源储备区，内容为 world ），常量字符串的内容是不行以被修改的；从语法上看，编译器并不觉得语句p0=X有什么不妥，但是该语句妄图修改常量字符串的内容而导致运行错误；char a =“hello ”;a0 =X;cout a endl;char *p =“ world ”; /留意 p 指向常量字符串p0 =X; /编译器不能发觉该错误cout p endl;示例 3.1修改数组和指针的内容3.2 内容复制与比较不能对数组

8、名进行直接复制与比较；示例7-3-2 中，如想把数组 a 的内容复制给数组 b，不能用语句 b = a ，否就将产生编译错误；应当用标准库函数 strcpy进行复制；同理，比较 b 和 a 的内容是否相同， 不能用 ifb=a 来判定，应当用标准库函数 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 申请一块容量为欢迎下载精品学习资源strlena+1个字符的内存，再用 strcpy进行字符串复制；同理，语句ifp=a比较的不是内容而是地址，应当用库函数strcmp 来比较；/数

9、组char a = hello; char b10;strcpyb, a; /不能用 b = a;ifstrcmpb, a = 0 /不能用 if b = a/指针int len = strlena;char *p = char *mallocsizeofchar*len+1; strcpyp,a; /不要用 p = a;ifstrcmpp, a = 0 /不要用 if p = a示例 3.2数组和指针的内容复制与比较3.3 运算内存容量用运算符 sizeof可以运算出数组的容量（字节数）；示例 7-3-3 （a）中， sizeofa的值是 12（留意别忘了）；指针 p 指向a，但是 size

10、ofp的值却是 4；这是由于 sizeofp得到的是一个指针变量欢迎下载精品学习资源的字节数，相当于 sizeofchar*，而不是 p 所指的内存容量； C+/C 语言没有方法知道指针所指的内存容量，除非在申请内存时记住它；留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， sizeofa始终等于sizeofchar *；char a = hello world; char *p = a;cout sizeofa endl; / 12字节cout sizeofp endl; / 4字节示例 3.3 （a） 运算数组和指针

11、的内存容量void Funcchar a100cout sizeofa endl; / 4字节而不是 100 字节示例 3.3 （b） 数组退化为指针欢迎下载精品学习资源4、指针参数是如何传递内存的？假如函数的参数是一个指针， 不要希望用该指针去申请动态内存； 示例 7-4-1 中， Test 函数的语句 GetMemorystr, 200 并没有使 str 获得期望的内存， str 照旧是 NULL，为什么 .void GetMemorychar *p, int nump = char *mallocsizeofchar * num;void Testvoidchar *str = NULL

12、;GetMemorystr, 100; / str仍然为 NULL strcpystr, hello; /运行错误示例 4.1试图用指针参数申请动态内存毛病出在函数 GetMemory中；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 ；假如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缘由；在本例中， _p 申请了新的内存， 只是把 _p 所指的内存地址转变了，欢迎下载精品学习资源但是 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

13、会泄露一块内存，由于没有用 free释放内存；假如非得要用指针参数去申请内存， 那么应当改用“指向指针的指针” ， 见示例 4.2 ；void GetMemory2char *p, int num*p = char *mallocsizeofchar * num;void Test2voidchar *str = NULL;GetMemory2&str, 100; /留意参数是 &str ，而不是 str strcpystr, hello;cout str endl; freestr;示例 4.2 用指向指针的指针申请动态内存欢迎下载精品学习资源由于“指向指针的指针”这个概念不简洁懂得，我们可

14、以用函数返回值来传递动态内存；这种方法更加简洁，见示例4.3 ；char *GetMemory3int numchar *p = char *mallocsizeofchar * num; return p;void Test3voidchar *str = NULL;str = GetMemory3100; strcpystr, hello; cout str endl; freestr;示例 4.3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，但是经常有人把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，因欢迎下载精品学习资源为该内

15、存在函数终止时自动消亡，见示例4.4 ；char *GetStringvoidchar p = hello world;return p; /编译器将提出警告void Test4voidchar *str = NULL;str = GetString; / str的内容是垃圾cout str endl;示例 4.4 return语句返回指向“栈内存”的指针用调试器逐步跟踪 Test4 ，发觉执行 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；假如把示例 4.4 改写成示例 4.5 ，会怎么样？欢迎下载精品学习资源ch

16、ar *GetString2voidchar *p = hello world; return p;void Test5voidchar *str = NULL; str = GetString2; cout str endl;示例 4.5 return语句返回常量字符串函数 Test5 运行虽然不会出错，但是函数 GetString2的设计概念却是错误的；由于 GetString2内的“ helloworld ”是常量字符串，位于静态储备区，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；欢迎下载精品学习资源5、杜绝“野指针”“野指

17、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，由于用 if语句很简洁判定；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 * malloc100;（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

18、；（3） ）指针操作超越了变量的作用范畴；这种情形让人防不胜防，示例程序如下：欢迎下载精品学习资源class Apublic:void Funcvoid cout “Func of class A” Func; / p是“野指针”欢迎下载精品学习资源函数 Test 在执行语句 p-Func 时，对象 a 已经消逝，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竟然没有出错， 这可能与编译器有关；6、有了 malloc/free为什么仍要 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

19、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无法中意动态对象的要求；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，不在编译器把握权限之内，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支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 ；留意 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 内存治理，见示例 6；class

20、 Objpublic :欢迎下载精品学习资源Objvoid cout “Initialization” endl; Objvoid cout “Destroy ” endl; void Initializevoid cout “Initialization” endl; void Destroyvoid cout “Destroy ” Initialize; /初始化/ a-Destroy; /清除工作freea; /释放内存void UseNewDeletevoidObj *a = new Obj; /申请动态内存并且初始化/ delete a; /清除并且释放内存欢迎下载精品学习资源示例

21、6 用 malloc/free和 new/delete如何实现对象的动态内存治理类 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，必需调用成员函数Initialize和 Destroy 来完成初始化与清除工作；函数 UseNewDelete 就简洁得多；所以我们不要妄图用 malloc/free来完成动态对象的内存治理， 应当用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/

22、delete是等价的；既然 new/delete的功能完全掩盖了 malloc/free，为什么 C+不把malloc/free剔除出局呢？这是由于 C+程序经常要调用 C函数，而 C程序只能用 malloc/free治理动态内存；假如用 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；假如用 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 必需配对使用， malloc/free 也一样；欢迎下载精品学习资源7、内存耗尽怎么办？假如在申请动态内存时找不到足够大的内存块，ma

23、lloc 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） ）判定指针是否为 NULL，假如是就马上用 return语句终止本函数； 例如：void FuncvoidA *a = new A; ifa = NULLreturn;（2） ）判定指针是否为 NULL，假如是就马上用 exit1终止整个程序的运行；例如：void FuncvoidA *a = new A;欢迎下载精品学习资源ifa = NULLcout “Memory Exhausted” endl; exit1;（3） ）为 new和 malloc 设置反常处理函数；例如 Visual

24、C+ 可以用_set_new_hander 函数为 new设置用户自己定义的反常处理函数，也可以让malloc 享用与 new相同的反常处理函数；详细内容请参考C+使用手册；上述（ 1）（2）方式使用最普遍；假如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），应当用方式（ 2） 来处理；很多人不忍心用 exit1，问：“不编写出错处理程序，让操作系统自己解决行不行？”欢迎下载精品学习资源不行；假如发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救；假如不用 exit1把坏程序杀死， 它可能会害死操作系统； 道理如同： 假如不把歹徒击毙，歹徒在老死之前会

25、犯下更多的罪；有一个很重要的现象要告知大家；对于32 位以上的应用程序而言，无 论怎样使用 malloc 与 new，几乎不行能导致“内存耗尽”； 我在 Windows98 下用 VisualC+编写了测试程序， 见示例 7；这个程序会无休止地运行下去， 根本不会终止；由于 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，Window 98 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

26、麻烦；我不想误导读者，必需强调：不加错误处理将导致程序的质量很差，千万不行因小失大；void mainvoidfloat *p = NULL; whileTRUE欢迎下载精品学习资源p = new float1000000;cout “eat memory” endl; ifp=NULLexit1;示例 7 试图耗尽操作系统的内存8、malloc/free的使用要点函数 malloc 的原型如下：void * mallocsize_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 * mallocsizeofint * lengt

27、h;欢迎下载精品学习资源我们应当把留意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof ”；* 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；* malloc 函数本身并不识别要申请的内存是什么类型， 它只关怀内存的总字节数；我们通常记不住 int, float等数据类型的变量的精确字节数；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 sizeofcha

28、r endl; cout sizeofint endl;cout sizeofunsigned int endl;cout sizeoflong endl;cout sizeofunsigned long endl; cout sizeoffloat endl;cout sizeofdouble endl; cout sizeofvoid * endl;欢迎下载精品学习资源在 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 = mallocsizeofp这样的程序来；* 函数 free的原型如下：void free void * membloc

29、k ;为什么 free 函数不象 malloc 函数那样复杂呢？这是由于指针 p 的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的， 语句 freep 能正确地释放内存；假如 p 是 NULL 指针，那么 free 对 p 无论操作多少次都不会出问题；假如 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；9、new/delete的使用要点运算符 new使用起来要比函数 malloc 简洁得多，例如：int *p1 = int *mallocsizeofint * length; int *p2 = new intlength;欢迎下载精品学习资源这是由于 new内置

30、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；假如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 Objpublic :Objvoid; /无参数的构造函数Objint x; /带一个参数的构造函数void TestvoidObj *a = new Obj;Obj *b = new Obj1; /初值为 1delete a;欢迎下载精品学习资源delete b;假如用 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 Obj100; /创建 10

31、0 个动态对象不能写成Obj *objects = new Obj1001;/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 objects0，漏掉了另外 99 个对象；10、一些心得体会我熟识不少技术不错的C+/C程序员，很少有人能拍拍胸脯说通晓指针与内 存治理（包括我自己）；我最初学习 C语言时特殊怕指针，导致我开发第一个应用软件（约 1 万行 C代码）时没有使用一个指针， 全用数组来顶替指针， 实在蠢笨得过分；躲避指针不是方法，后来我改写了这个软件，代码量缩小到原先的一半；欢迎下载精品学习资源我的体会教训是：（1） ）越是怕指针，就越要使用指针；不会正确使用指针，确定算不上是合格的程序员；（2） ）必需养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发觉问题的本质；欢迎下载