正確使用內存(轉載)

          對於初學者來說,內存是個神祕的空間。程序的絕大部分錯誤,也是在於內存的使用不當造成的,而且這些錯誤有些都是隱藏很深的。所以,如何掌握內存的使用,通曉系統對內存的管理手段,將是軟件成功的一個非常關鍵的因素。
       首先我們要了解內存的分配方式。一般來說,內存的分配方式有三種:
1.從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好,這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量,static變量。
2.在棧上創建。在執行函數時,函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建,函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內存容量有限。
3.從堆上分配,亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存,程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由我們決定,使用非常靈活,但問題也最多。
       以上三種分配方式,我們要注意內存生命期的問題:
1.靜態分配的區域的生命期是整個軟件運行期,就是說從軟件運行開始到軟件終止退出。只有軟件終止運行後,這塊內存纔會被系統回收
2.在棧中分配的空間的生命期與這個變量所在的函數和類相關。如果是函數中定義的局部變量,那麼它的生命期就是函數被調用時,如果函數運行結束,那麼這塊內存就會被回收。如果是類中的成員變量,則它的生命期與類實例的生命期相同
3.在堆上分配的內存,生命期是從調用new或者malloc開始,到調用delete或者free結束。如果不掉用delete或者free。則這塊空間必須到軟件運行結束後才能被系統回收。
下面我們再看看,在使用內存的過程中,我們經常發生一些什麼樣的錯誤。以及我們應該採取哪些對策。
發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤,通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的症狀,時隱時現,增加了改錯的難度。有時用戶怒氣衝衝地把你找來,程序卻沒有發生任何問題,你一走,錯誤又發作了。
常見的內存錯誤及其對策如下:
1 內存分配未成功,卻使用了它。
編程新手常犯這種錯誤,因爲他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是,在使用內存之前檢查指針是否爲NULL。如果指針p是函數的參數,那麼在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請內存,應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。
2 內存分配雖然成功,但是尚未初始化就引用它。
犯這種錯誤主要有兩個起因:一是沒有初始化的觀念;二是誤以爲內存的缺省初值全爲零,導致引用初值錯誤(例如數組)。
內存的缺省初值究竟是什麼並沒有統一的標準,儘管有些時候爲零值,我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組,都別忘了賦初值,即便是賦零值也不可省略,不要嫌麻煩。
3 內存分配成功並且已經初始化,但操作越過了內存的邊界。
例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環語句中,循環次數很容易搞錯,導致數組操作越界。
4 忘記了釋放內存,造成內存泄露。
含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足,你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉,系統出現提示:內存耗盡。
動態內存的申請與釋放必須配對,程序中malloc與free的使用次數一定要相同,否則肯定有錯誤(new/delete同理)。
5 釋放了內存卻繼續使用它。
有三種情況:
1)程序中的對象調用關係過於複雜,實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存,此時應該重新設計數據結構,從根本上解決對象管理的混亂局面。
2)函數的return語句寫錯了,注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”,因爲該內存在函數體結束時被自動銷燬。
3)使用free或delete釋放了內存後,沒有將指針設置爲NULL。導致產生“野指針”。
綜上所述,我們應該注意:
1.用malloc或new申請內存之後,應該立即檢查指針值是否爲NULL。防止使用指針值爲NULL的內存。
2.不要忘記爲數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作爲右值使用。
3.避免數組或指針的下標越界,特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。
4.動態內存的申請與釋放必須配對,防止內存泄漏。
5.用free或delete釋放了內存之後,立即將指針設置爲NULL,防止產生“野指針”
下面舉幾個經典的錯誤例子,大家不要犯同樣的錯誤:
1. 返回棧內存指針
char *GetString(void)
{
char a[]="hello world";
char *p =a;
return p;
}
char* pGet = GetString();
這段程序編譯時沒有錯誤,運行也沒有錯誤,但是你卻無法使得返回的pGet指針指向的數據是你想要的“hello world”,因爲指針p的生命期是函數GetString內,運行完函數GetString後,p分配的棧空間馬上被系統回收了。雖然pGet指向了p當初分配的內存地址,但是那塊地址已經沒有內容了。
2.這是一個出現頻率非常高的錯誤
char* pChar = new char;
……
int a ;
pChar = &a;
……
delete pChar;
當然這是一個例子,具體的程序各有不同。
這段程序有兩個問題。一是pChar = &a;將導致pChar原先分配的空間無法再被獲取,就象我們的丟失了朋友的電話號碼一樣,無法再聯繫這個朋友了。這就造成了內存泄漏。如果內存泄漏多了,可能導致系統的崩潰,因爲可用的資源將越來越少,直到枯竭爲止。第二個問題是delete pChar將導致異常發生,因爲這時的pChar已經不是指向動態分配的內存了,而是指向了a分配的棧空間,而棧空間是不能使用delete來回收的,因此將導致內存異常。
       內存是財富,正確使用財富是關鍵,爲人如此,編程也如此。

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