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[导读]1、引言 对于计算机程序处理而言,对内存的管理就像是对一片雷区的管理,管理的好,可以杀死一片一片的bug,管理的不好,将使你自己抓狂,程序漏洞百出,直至崩溃,据调查80%的程序崩溃都是内存的管理出现问题,有时候表面没有问题,运行一段时间后问题就爆发

1、引言


对于计算机程序处理而言,对内存的管理就像是对一片雷区的管理,管理的好,可以杀死一片一片的bug,管理的不好,将使你自己抓狂,程序漏洞百出,直至崩溃,据调查80%的程序崩溃都是内存的管理出现问题,有时候表面没有问题,运行一段时间后问题就爆发了,所以对内存的管理非常重要,这里和大家一起总结讨论下C/C++中关于内存管理的一些要点。


2、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。


3、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,是不是要抓狂??项目开发时,客户和项目一个劲的催,早点上线,来不及充分测试,初步测试没问题就上线,运行一段时间就各种小bug,自己调试问题一下又找不到是不是很郁闷!!


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。


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。


int * p = NULL;p = (int*)malloc(sizeof(int));if (p == NULL){/*...*/}/*初始化为0*/memset(p, 0, sizeof(int));


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,数组访问越界在运行时,它的表现是不定的,有时似乎什么事也没有,程序一直运行(当然,某些错误结果已造成);有时,则是程序一下子崩溃。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。


char *ptr = (char *)malloc(10);char name[20] ;memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here
int mark[100]; ...//让用户输入学生编号,设现实中学生编号由1开始:cout << "请输入学生编号(在1~100之间):"int i;cin >> i;//输出对应学生的考试成绩:cout << info[i-1];


(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)。


class Object {private:void* data;const int size;const char id;public: Object(int sz, char c):size(sz), id(c){ data = new char[size];cout << "Object() " << id << " size = " << size << endl; } ~Object(){cout << "~Object() " << id << endl;delete []data; }};


以上代码会在堆区疯狂的动态分配内存空间,导致系统内存耗尽时自动调用set_new_handler参数列表中的函数,打印出ERROR:内存已耗尽!如下图: 



(5)释放了内存却继续使用它。


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。


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);}

问题出在函数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。


(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。


void port();void addr();
int main (){ addr(); port();}long *p ;void port(){ long i, j ; j = 0; for ( i = 0 ; i < 10 ; i++ ) { (*p)--; j++; }}void addr(){ long k; k = 0; p = &k;}


这里的问题出现在保存临时变量的地址上。由于addr函数中的变量k在函数返回后就已经不存在了,但是在全局变量p中却保存了它的地址。在下一个函数port中,试图通过全局指针p访问一个不存在的变量,而这个指针实际指向的却是另一个临时变量i,这就导致了死循环的发生。



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


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。


(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”。


char *p = (char *) malloc(10);strcpy(p, “hello”);free(p); // p所指的内存被释放,但是p所指的地址仍然不变…//忘记 释放 strcpy(p, “world”); // 出错

char *p = (char *) malloc(10);strcpy(p, “hello”);free(p); // p所指的内存被释放,但是p所指的地址仍然不变…if(p != NULL) // 虽然记得,但没有起到防错作用{ strcpy(p, “world”); // 出错 }


4、总结5条黄金规则


【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”。


本文授权转载自公众号“C语言与CPP编程”,作者自成一派123

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