C++内存管理详解

  程式员们经常编写内存管理程式，往往提心吊胆。假如不想触雷，唯一的解决办法就是发现任何潜伏的地雷并且排除他们，躲是躲不了的。本文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。    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。内存在程式编译的时候就已分配好，这块内存在程式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能够在栈上创建，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。程式在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程式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，使用很灵活，但问题也最多。    2、常见的内存错误及其对策    发生内存错误是件很麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误，通常是在程式运行时才能捕获到。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您找来，程式却没有发生任何问题，您一走，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。假如指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行    检查。假如是用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“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，您看不到错误。终有一次程式突然死掉，系统出现提示：内存耗尽。    动态内存的申请和释放必须配对，程式中malloc和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）程式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“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，没有将指针配置为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“少1”操作。    【规则4】动态内存的申请和释放必须配对，防止内存泄漏。    【规则5】用free或delete释放了内存之后，立即将指针配置为NULL，防止产生“野指针”。    3、指针和数组的对比    C++/C程式中，指针和数组在不少地方能够相互替换着用，让人产生一种错觉，以为两者是等价的。    数组要么在静态存储区被创建（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，其地址和容量在生命期内保持不变，只有数组的内容能够改变。    指针能够随时指向任意类型的内存块，他的特征是“可变”，所以我们常用指针来操作动态内存。指针远比数组灵活，但也更危险。    下面以字符串为例比较指针和数组的特性。    3.1 修改内容    示例3-1中，字符数组a的容量是6个字符，其内容为hello。a的内容能够改变，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），常量字符串的内容是不能够被修改的。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。 char a[] = “hello”; a[0] = „X‟; cout