C内存机制总结

 

资源一：

 C内存管理一个由c/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分 

1、栈区（stack）—由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 

2、堆区（heap） —一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。 

3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 -程序结束后有系统释放 

4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放 

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

 

 

二、例子程序 

这是一个前辈写的，非常详细 

//main.cpp 

int a = 0; 全局初始化区 

char *p1; 全局未初始化区 

main() 

{ 

int b; 栈 

char s[] = "abc"; 栈 

char *p2; 栈 

char *p3 = "123456"; 123456在常量区，p3在栈上。 

static int c =0； 全局（静态）初始化区 

p1 = (char *)malloc(10); 

p2 = (char *)malloc(20); 

分配得来得10和20字节的区域就在堆区。 

strcpy(p1, "123456"); 123456放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。 

} 

 

 

二、堆和栈的理论知识 

2.1申请方式 

stack: 

由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间 

heap: 

需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 

如p1 = (char *)malloc(10); 

在C++中用new运算符 

如p2 = (char *)malloc(10); 

但是注意p1、p2本身是在栈中的。 

 

 

2.2 

申请后系统的响应 

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。 

堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时， 

会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 

 

2.3申请大小的限制 

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在 WINDOWS下，栈的大小是2M（也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈

 

的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。 

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。 

 

 

2.4申请效率的比较： 

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。 

堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。 

 

2.5堆和栈中的存储内容 

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。 

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。 

 

2.6存取效率的比较 

 

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa"; 

char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb"; 

aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的； 

而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的； 

但是，在以后的存取中，在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。 

比如： 

#include 

void main() 

{ 

char a = 1; 

char c[] = "1234567890"; 

char *p ="1234567890"; 

a = c[1]; 

a = p[1]; 

return; 

} 

对应的汇编代码 

10: a = c[1]; 

00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh] 

0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl 

11: a = p[1]; 

0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h] 

00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1] 

00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al 

第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中，而第二种则要先把指针值读到edx中，在根据edx读取字符，显然慢了。 

 

 

2.7小结： 

堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出： 

使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。 

使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

1、内存分配方面：

 

堆：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结

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束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式是类似于链表。可能用到的关键字如下：new、malloc、delete、free等等。

 

栈：由编译器(Compiler)自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

 

2、申请方式方面：

 

堆：需要程序员自己申请，并指明大小。在c中malloc函数如p1 = (char *)malloc(10)；在C++中用new运算符，但是注意p1、p2本身是在栈中的。因为他们还是可以认为是局部变量。

 

栈：由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b；系统自动在栈中为b开辟空间。

 

3、系统响应方面：

 

堆：操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

 

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

 

4、大小限制方面：

 

堆：是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

 

栈：在Windows下, 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是固定的（是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

 

5、效率方面：

 

堆：是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便，另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

 

栈：由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

 

6、存放内容方面：

 

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

 

栈：在函数调用时第一个进栈的是主函数中后的下一条指令（函数调用语句的下一条可执行语句）

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的地址然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈，然后是函数中的局部变量。 注意: 静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

 

7、存取效率方面：

 

堆：char *s1 = "Hellow Word"；是在编译时就确定的；

 

栈：char s1[] = "Hellow Word"； 是在运行时赋值的；用数组比用指针速度要快一些，因为指针在底层汇编中需要用edx寄存器中转一下，而数组在栈上直接读取。

 

 

资源二：          

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。

1. char a[] = “hello”;
2. a[0] = ‘X’;
3. cout << a << endl;
4. char *p = “world”; // 注意p指向常量字符串
5. p[0] = ‘X’; // 编译器不能发现该错误
6. cout << p << endl;

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。

7. // 数组…
8. char a[] = "hello";
9. char b[10];
10. strcpy(b, a); // 不能用 b = a;
11. if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用 if (b == a)
12. …
13. // 指针…
14. int len = strlen(a);
15. char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*(len 1));
16. strcpy(p,a); // 不要用 p = a;
17. if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用 if (p == a)
18. …

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 *)。

19. char a[] = "hello world";
20. char *p = a;
21. cout<< sizeof(a) << endl; // 12字节
22. cout<< sizeof(p) << endl; // 4字节

示例3.3（a） 计算数组和指针的内存容量

23. void Func(char a[100])
24. {
25. cout<< sizeof(a) << endl; // 4字节而不是100字节
26. }

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？

27. void GetMemory(char *p, int num)
28. {
29. p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
30. }
31. void Test(void)
32. {
33. char *str = NULL;
34. GetMemory(str, 100); // str 仍然为 NULL
35. strcpy(str, "hello"); // 运行错误
36. }

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。

37. void GetMemory2(char **p, int num)
38. {
39. *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
40. }
41. void Test2(void)
42. {
43. char *str = NULL;
44. GetMemory2(&str, 100); // 注意参数是 &str，而不是str
45. strcpy(str, "hello");
46. cout<< str << endl;
47. free(str);
48. }

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。

49. char *GetMemory3(int num)
50. {
51. char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
52. return p;
53. }
54. void Test3(void)
55. {
56. char *str = NULL;
57. str = GetMemory3(100);
58. strcpy(str, "hello");
59. cout<< str << endl;
60. free(str);
61. }

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。

62. char *GetString(void)
63. {
64. char p[] = "hello world";
65. return p; // 编译器将提出警告
66. }
67. void Test4(void)
68. {
69. char *str = NULL;
70. str = GetString(); // str 的内容是垃圾
71. cout<< str << endl;
72. }

示例4.4 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4.4改写成示例4.5，会怎么样？

73. char *GetString2(void)
74. {
75. char *p = "hello world";
76. return p;
77. }
78. void Test5(void)
79. {
80. char *str = NULL;
81. str = GetString2();
82. cout<< str << endl;
83. }

示例4.5 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。

 

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

84. char *p = NULL;
85. 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：

86. class A
87. {
88. public:
89. void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; }
90. };
91. void Test(void)
92. {
93. A *p;
94. {
95. A a;
96. p = &a; // 注意 a 的生命期
97. }
98. p->Func(); // p是“野指针”
99. }

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。

100. class Obj
101. {
102. public :
103. Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }
104. ~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }
105. void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }
106. void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }
107. };
108. void UseMallocFree(void)
109. {
110. Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存
111. a->Initialize(); // 初始化
112. //…
113. a->Destroy(); // 清除工作
114. free(a); // 释放内存
115. }
116. void UseNewDelete(void)
117. {
118. Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化
119. //…
120. delete a; // 清除并且释放内存
121. }

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：

122. void Func(void)
123. {
124. A *a = new A;
125. if(a == NULL)
126. {
127. return;
128. }
129. …
130. }

（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：

131. void Func(void)
132. {
133. A *a = new A;
134. if(a == NULL)
135. {
136. cout << “Memory Exhausted” << endl;
137. exit(1);
138. }
139. …
140. }

（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。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，Window 98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。

141. void main(void)
142. {
143. float *p = NULL;
144. while(TRUE)
145. {
146. p = new float[1000000];
147. cout << “eat memory” << endl;
148. if(p==NULL)
149. exit(1);
150. }
151. }

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：

152. void * malloc(size_t size);

用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下：

153. 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：

154. cout << sizeof(char) << endl;
155. cout << sizeof(int) << endl;
156. cout << sizeof(unsigned int) << endl;
157. cout << sizeof(long) << endl;
158. cout << sizeof(unsigned long) << endl;
159. cout << sizeof(float) << endl;
160. cout << sizeof(double) << endl;
161. cout << sizeof(void *) << endl;

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：

162. void free( 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：

163. int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);
164. int *p2 = new int[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。例如

165. class Obj
166. {
167. public :
168. Obj(void); // 无参数的构造函数
169. Obj(int x); // 带一个参数的构造函数
170. …
171. }
172. void Test(void)
173. {
174. Obj *a = new Obj;
175. Obj *b = new Obj(1); // 初值为1
176. …
177. delete a;
178. delete b;
179. }

如果用new创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如

180. Obj *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象

不能写成

181. Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建100个动态对象的同时赋初值1

在用delete释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’。例如

182. delete []objects; // 正确的用法
183. delete objects; // 错误的用法

后者相当于delete objects[0]，漏掉了另外99个对象。

 

10、一些心得体会

 

我认识不少技术不错的C /C程序员，很少有人能拍拍胸脯说通晓指针与内存管理（包括我自己）。我最初学习C语言时特别怕指针，导致我开发第一个应用软件（约1万行C代码）时没有使用一个指针，全用数组来顶替指针，实在蠢笨得过分。躲避指针不是办法，后来我改写了这个软件，代码量缩小到原先的一半。

 

我的经验教训是：

 

（1）越是怕指针，就越要使用指针。不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。

 

（2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质。