C++内存指针使用心得

 

指针参数是怎么样传递内存的？

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?

void GetMemory(char *p, int num){　p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);}void Test(void){　char *str = NULL;　GetMemory(str, 100); // str 仍然为 NULL　strcpy(str, "hello"); // 运行错误}

示例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。

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);}

示例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。

char *GetMemory3(int num){　char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);　return p;}void Test3(void){　char *str = NULL;　str = GetMemory3(100);　strcpy(str, "hello");　cout<< str << endl;　free(str);}

示例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。

char *GetString(void){　char p[] = "hello world";　return p; // 编译器把提出警告}void Test4(void){　char *str = NULL;　str = GetString(); // str 的内容是垃圾　cout<< str << endl;}

示例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。

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

示例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。

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，要么把指针设置为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：

class A{　public:　　void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; }};void Test(void){　A *p;　{　　A a;　　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。

 

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怎么样实现对象的动态内存管理，见示例6。

class Obj{　public :　　Obj(void){ cout << “Initialization” << endl; }　　~Obj(void){ cout << “Destroy” << endl; }　　void Initialize(void){ cout << “Initialization” << endl; }　　void Destroy(void){ cout << “Destroy” << endl; }};void UseMallocFree(void){　Obj *a = (obj *)malloc(sizeof(obj)); // 申请动态内存　a->Initialize(); // 初始化　//…　a->Destroy(); // 清除工作　free(a); // 释放内存}void UseNewDelete(void){　Obj *a = new Obj; // 申请动态内存并且初始化　//…　delete a; // 清除并且释放内存}

示例 用malloc/free和new/delete怎么样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。