内存管理

1、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。

 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：
? 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。
? 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。
? 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。
? 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）。
? 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"多1"或者"少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"。

 3、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
}
　　示例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。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);
}
　　示例2 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);
}
　　示例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;
}
　　示例4 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。
如果把示例4 改写成示例5，会怎么样？

char *GetString2(void)
{
char *p = "hello world";
return p;
}
void Test5(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString2();
cout<< str << endl;
}
　　示例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。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。


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