C++内存管理学习笔记(3) (二)

2014-11-24 00:56:17 · 作者: · 浏览: 4
内存”的指针,因为该内存在函数结束时自动消亡,见示例:

1: char *GetString(void) 2: { 3:   char p[] = "hello world"; 4:   return p; // 编译器将提出警告 5: } 6: 7: void Test4(void) 8: { 9:   char *str = NULL; 10:   str = GetString(); // str 的内容是垃圾 11:   cout<< str << endl; 12: }
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。

如果把上述示例改写成如下示例,会怎么样?

1: char *GetString2(void) 2: { 3:   char *p = "hello world"; 4:   return p; 5: } 6: 7: void Test5(void) 8: { 9:   char *str = NULL; 10:   str = GetString2(); 11:   cout<< str << endl; 12: }
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。

1.8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

1: char *p = NULL; 2: 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域范围。这种情况让人防不胜防,示例程序如下:

1: class A 2: { 3: public: 4:   void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; } 5: }; 6: 7: void Test(void) 8: { 9:  A *p; 10:  { 11:    A a; 12:    p = &a; // 注意 a 的生命期 13:   } 14: 15:   p->Func(); // p是“野指针” 16: 17: }
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。

1.9malloc/free和new/delete的区别
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:

1: class Obj 2: { 3: public : 4:   Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; } 5:   ~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; } 6:   void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; } 7:   void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; } 8: }; 9: 10: void UseMallocFree(void) 11: { 12:   Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存 13:   a->Initialize(); // 初始化 14:   //… 15: 16:   a->Destroy(); // 清除工作 17:   free(a); // 释放内存 18: } 19: 20: void UseNewDelete(void) 21: { 22:  Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化 23:   //… 24:   delete a; // 清除并且释放内存 25: }
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”,结果也会导致程序出错,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。

1.10 当内存耗尽是怎么办?
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:

1: void Func(void) 2: { 3:   A *a = new A; 4:   if(a == NULL) 5:   { 6:    return; 7:  } 8: 9:   … 10: }
(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。例如:

1: void Func(void) 2: { 3: 4:   A *a = new A; 5:   if(a == NULL) 6:   { 7:    cout << “Memory Exhausted” << endl; 8:    exit(1); 9:   } 10: 11:   … 12: }
(3)为new和malloc设置异常处理函数。例如Visual C++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。

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Windows 98下用Visual C++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,Windo