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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,其地址与容量在生命期内保持不变,只有数组的内容可以改变。
指针可以随时指向任意类型的内存块,它的特征是“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与数组的特性。
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的内容可以改变,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可以被修改的。
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。
chara[]=“hello”;
a[0]=‘X’;
cout<
<
a<
endl;
char*p=“world”;
//注意p指向常量字符串
p[0]=‘X’;
//编译器不能发现该错误
p<
示例3.1修改数组和指针的内容
3.2内容复制与比较
不能对数组名进行直接复制与比较。
示例7-3-2中,若想把数组a的内容复制给数组b,不能用语句b=a,否则将产生编译错误。
应该用标准库函数strcpy进行复制。
同理,比较b和a的内容是否相同,不能用if(b==a)来判断,应该用标准库函数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strlen(a)+1个字符的内存,再用strcpy进行字符串复制。
同理,语句if(p==a)比较的不是内容而是地址,应该用库函数strcmp来比较。
//数组…
chara[]="
hello"
;
charb[10];
strcpy(b,a);
//不能用b=a;
if(strcmp(b,a)==0)//不能用if(b==a)
…
//指针…
intlen=strlen(a);
char*p=(char*)malloc(sizeof(char)*(len+1));
strcpy(p,a);
//不要用p=a;
if(strcmp(p,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计算内存容量
用运算符sizeof可以计算出数组的容量(字节数)。
示例7-3-3(a)中,sizeof(a)的值是12(注意别忘了’’)。
指针p指向a,但是sizeof(p)的值却是4。
这是因为sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数,相当于sizeof(char*),而不是p所指的内存容量。
C++/C语言没有办法知道指针所指的内存容量,除非在申请内存时记住它。
注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,sizeof(a)始终等于sizeof(char*)。
helloworld"
char*p=a;
cout<
sizeof(a)<
//12字节
sizeof(p)<
//4字节
示例3.3(a)计算数组和指针的内存容量
voidFunc(chara[100])
{
cout<
//4字节而不是100字节
}
示例3.3(b)数组退化为指针
4、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7-4-1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?
voidGetMemory(char*p,intnum)
p=(char*)malloc(sizeof(char)*num);
voidTest(void)
char*str=NULL;
GetMemory(str,100);
//str仍然为NULL
strcpy(str,"
);
//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。
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4.2。
voidGetMemory2(char**p,intnum)
*p=(char*)malloc(sizeof(char)*num);
voidTest2(void)
GetMemory2(&
str,100);
//注意参数是&
str,而不是str
str<
free(str);
示例4.2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4.3。
char*GetMemory3(intnum)
char*p=(char*)malloc(sizeof(char)*num);
returnp;
voidTest3(void)
str=GetMemory3(100);
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4.4。
char*GetString(void)
charp[]="
//编译器将提出警告
voidTest4(void)
str=GetString();
//str的内容是垃圾
示例4.4return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“helloworld”而是垃圾。
如果把示例4.4改写成示例4.5,会怎么样?
char*GetString2(void)
char*p="
voidTest5(void)
str=GetString2();
示例4.5return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“helloworld”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。
5、杜绝“野指针”
“野指针”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,因为用if语句很容易判断。
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*)malloc(100);
(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。
(3)指针操作超越了变量的作用范围。
这种情况让人防不胜防,示例程序如下:
classA
{
public:
voidFunc(void){cout<
“FuncofclassA”<
}
};
A*p;
{
Aa;
p=&
a;
//注意a的生命期
}
p->
Func();
//p是“野指针”
函数Test在执行语句p->
Func()时,对象a已经消失,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居然没有出错,这可能与编译器有关。
6、有了malloc/free为什么还要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无法满足动态对象的要求。
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,不在编译器控制权限之内,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分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。
注意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管理,见示例6。
classObj
public:
Obj(void){cout<
“Initialization”<
~Obj(void){cout<
“Destroy”<
voidInitialize(void){cout<
voidDestroy(void){cout<
voidUseMallocFree(void)
Obj*a=(obj*)malloc(sizeof(obj));
//申请动态内存
a->
Initialize();
//初始化
//…
Destroy();
//清除工作
free(a);
//释放内存
voidUseNewDelete(void)
Obj*a=newObj;
//申请动态内存并且初始化
deletea;
//清除并且释放内存
示例6用malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理
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,必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与清除工作。
函数UseNewDelete则简单得多。
所以我们不要企图用malloc/free来完成动态对象的内存管理,应该用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/delete是等价的。
既然new/delete的功能完全覆盖了malloc/free,为什么C++不把malloc/free淘汰出局呢?
这是因为C++程序经常要调用C函数,而C程序只能用malloc/free管理动态内存。
如果用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。
如果用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必须配对使用,malloc/free也一样。
7、内存耗尽怎么办?
如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块,malloc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)判断指针是否为NULL,如果是则马上用return语句终止本函数。
例如:
voidFunc(void)
A*a=newA;
if(a==NULL)
return;
…
(2)判断指针是否为NULL,如果是则马上用exit
(1)终止整个程序的运行。
cout<
“MemoryExhausted”<
exit
(1);
(3)为new和malloc设置异常处理函数。
例如VisualC++可以用_set_new_hander函数为new设置用户自己定义的异常处理函数,也可以让malloc享用与new相同的异常处理函数。
详细内容请参考C++使用手册。
上述
(1)
(2)方式使用最普遍。
如果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),应该用方式
(2)来处理。
很多人不忍心用exit
(1),问:
“不编写出错处理程序,让操作系统自己解决行不行?
”
不行。
如果发生“内存耗尽”这样的事情,一般说来应用程序已经无药可救。
如果不用exit
(1)把坏程序杀死,它可能会害死操作系统。
道理如同:
如果不把歹徒击毙,歹徒在老死之前会犯下更多的罪。
有一个很重要的现象要告诉大家。
对于32位以上的应用程序而言,无论怎样使用malloc与new,几乎不可能导致“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。
因为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,Window98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,省了很多麻烦。
我不想误导读者,必须强调:
不加错误处理将导致程序的质量很差,千万不可因小失大。
voidmain(void)
float*p=NULL;
while(TRUE)
p=newfloat[1000000];
“eatmemory”<
if(p==NULL)
exit
(1);
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*malloc(size_tsize);
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*)malloc(sizeof(int)*length);
我们应当把注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,它只关心内存的总字节数。
我们通常记不住int,float等数据类型的变量的确切字节数。
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:
sizeof(char)<
sizeof(int)<
sizeof(unsignedint)<
sizeof(long)<
sizeof(unsignedlong)<
sizeof(float)<
sizeof(double)<
sizeof(void*)<
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=malloc(sizeof(p))这样的程序来。
*函数free的原型如下:
voidfree(void*memblock);
为什么free函数不象malloc函数那样复杂呢?
这是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的,语句free(p)能正确地释放内存。
如果p是NULL指针,那么free对p无论操作多少次都不会出问题。
如果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简单得多,例如:
int*p1=(int*)malloc(sizeof(int)*length);
int*p2=newint[length];
这是因为new内置了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。
如果对象有多个构造函数,那么new的语句也可以有多种形式。
Obj(void);
//无参数的构造函数
Obj(intx
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