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1、 程序员们经常编写内存管理程序，往往提心吊胆。如果不想触雷，唯一的解决办法就是发现所有潜伏的地雷并且排除它们，躲是躲不了的。本文的内容比一般教科书的要深入得多，读者需细心阅读，做到真正地通晓内存管理。1、内存分配方式、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
2、。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、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
3、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，
4、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
5、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
6、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、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
7、量是 6 个字符，其内容为 hello。a 的内容可以改变，如a0= 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 p0= 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。char a = “hello”;a0 = X;cout 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、有了 malloc/fre
8、e 为什么还要为什么还要 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 delet
9、e。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。class Objpublic :Obj(void) cout 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 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
10、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 m
11、alloc/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？、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）
12、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：void Func(void)A *a = new A;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。例如：void Func(void)A *a = new A;if(a = NULL)cout “Memory Exhausted” endl;exit(1);（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
13、 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
14、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。void main(void)float *
15、p = NULL;while(TRUE)p = new float1000000; cout “eat memory” endl;if(p=NULL)exit(1);示例 7 试图耗尽操作系统的内存8、malloc/free 的使用要点的使用要点函数 malloc 的原型如下：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：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
16、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： cout sizeof(char) endl;cout sizeof(int) endl;cout sizeof(unsigned int) endl;cout sizeof(long) endl;cout sizeof(unsigned long) endl;cout sizeof(float) endl;cout s
