第7章 內(nèi)存管理
歡迎進(jìn)入內(nèi)存這片雷區(qū)。偉大的Bill Gates 曾經(jīng)失言：
640K ought to be enough for everybody
— Bill Gates 1981
程序員們經(jīng)常編寫內(nèi)存管理程序，往往提心吊膽。如果不想觸雷，唯一的解決辦法就是發(fā)現(xiàn)所有潛伏的地雷并且排除它們，躲是躲不了的。本章的內(nèi)容比一般教科書的要深入得多，讀者需細(xì)心閱讀，做到真正地通曉內(nèi)存管理。
7.1內(nèi)存分配方式
內(nèi)存分配方式有三種：
（1） 從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好，這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量，static變量。
（2） 在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限。
（3） 從堆上分配，亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存，程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。
7.2常見的內(nèi)存錯(cuò)誤及其對(duì)策
發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤，通常是在程序運(yùn)行時(shí)才能捕捉到。而這些錯(cuò)誤大多沒有明顯的癥狀，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，增加了改錯(cuò)的難度。有時(shí)用戶怒氣沖沖地把你找來，程序卻沒有發(fā)生任何問題，你一走，錯(cuò)誤又發(fā)作了。
常見的內(nèi)存錯(cuò)誤及其對(duì)策如下：
u 內(nèi)存分配未成功，卻使用了它。
編程新手常犯這種錯(cuò)誤，因?yàn)樗麄儧]有意識(shí)到內(nèi)存分配會(huì)不成功。常用解決辦法是，在使用內(nèi)存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數(shù)的參數(shù)，那么在函數(shù)的入口處用assert(p!=NULL)進(jìn)行檢查。如果是用malloc或new來申請(qǐng)內(nèi)存，應(yīng)該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進(jìn)行防錯(cuò)處理。
u 內(nèi)存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它。
犯這種錯(cuò)誤主要有兩個(gè)起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內(nèi)存的缺省初值全為零，導(dǎo)致引用初值錯(cuò)誤（例如數(shù)組）。
內(nèi)存的缺省初值究竟是什么并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，盡管有些時(shí)候?yàn)榱阒?，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創(chuàng)建數(shù)組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。
u 內(nèi)存分配成功并且已經(jīng)初始化，但操作越過了內(nèi)存的邊界。
例如在使用數(shù)組時(shí)經(jīng)常發(fā)生下標(biāo)“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環(huán)語句中，循環(huán)次數(shù)很容易搞錯(cuò)，導(dǎo)致數(shù)組操作越界。
u 忘記了釋放內(nèi)存，造成內(nèi)存泄露。
含有這種錯(cuò)誤的函數(shù)每被調(diào)用一次就丟失一塊內(nèi)存。剛開始時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)存充足，你看不到錯(cuò)誤。終有一次程序突然死掉，系統(tǒng)出現(xiàn)提示：內(nèi)存耗盡。
動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放必須配對(duì)，程序中malloc與free的使用次數(shù)一定要相同，否則肯定有錯(cuò)誤（new/delete同理）。
u 釋放了內(nèi)存卻繼續(xù)使用它。
有三種情況：
（1）程序中的對(duì)象調(diào)用關(guān)系過于復(fù)雜，實(shí)在難以搞清楚某個(gè)對(duì)象究竟是否已經(jīng)釋放了內(nèi)存，此時(shí)應(yīng)該重新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從根本上解決對(duì)象管理的混亂局面。
（2）函數(shù)的return語句寫錯(cuò)了，注意不要返回指向“棧內(nèi)存”的“指針”或者“引用”，因?yàn)樵搩?nèi)存在函數(shù)體結(jié)束時(shí)被自動(dòng)銷毀。
（3）使用free或delete釋放了內(nèi)存后，沒有將指針設(shè)置為NULL。導(dǎo)致產(chǎn)生“野指針”。
l 【規(guī)則7-2-1】用malloc或new申請(qǐng)內(nèi)存之后，應(yīng)該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內(nèi)存。
l 【規(guī)則7-2-2】不要忘記為數(shù)組和動(dòng)態(tài)內(nèi)存賦初值。防止將未被初始化的內(nèi)存作為右值使用。
l 【規(guī)則7-2-3】避免數(shù)組或指針的下標(biāo)越界，特別要當(dāng)心發(fā)生“多1”或者“少1”操作。
l 【規(guī)則7-2-4】動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放必須配對(duì)，防止內(nèi)存泄漏。
l 【規(guī)則7-2-5】用free或delete釋放了內(nèi)存之后，立即將指針設(shè)置為NULL，防止產(chǎn)生“野指針”。
7.3指針與數(shù)組的對(duì)比
C++/C程序中，指針和數(shù)組在不少地方可以相互替換著用，讓人產(chǎn)生一種錯(cuò)覺，以為兩者是等價(jià)的。
數(shù)組要么在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)被創(chuàng)建（如全局?jǐn)?shù)組），要么在棧上被創(chuàng)建。數(shù)組名對(duì)應(yīng)著（而不是指向）一塊內(nèi)存，其地址與容量在生命期內(nèi)保持不變，只有數(shù)組的內(nèi)容可以改變。
指針可以隨時(shí)指向任意類型的內(nèi)存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來操作動(dòng)態(tài)內(nèi)存。指針遠(yuǎn)比數(shù)組靈活，但也更危險(xiǎn)。
下面以字符串為例比較指針與數(shù)組的特性。
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