代码规范：内存管理

7.1 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

7.2 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”。

其他规则：

【规则 7-2-1】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 7-2-2】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 7-2-3】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 7-2-4】动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。

【规则 7-2-5】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”。

7.3 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。

7.3.1 修改内容

示例 7-3-1 中，字符数组 a 的容量是 6 个字符，其内容为 hello\0。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\0），
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。

char a[] = “hello”; 
a[0] = ‘X’; 
cout << a << endl; 
char *p = “world”; // 注意 p 指向常量字符串 
p[0] = ‘X’; // 编译器不能发现该错误 
cout << p << endl;
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7.3.2 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。

// 数组…

char a[] = "hello";

char b[10];

strcpy(b, a); // 不能用 b = a;

if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用 if (b == a)

…

// 指针…

int len = strlen(a);

char *p = (char *)malloc(sizeof(char)*(len+1));

strcpy(p,a); // 不要用 p = a;

if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用 if (p == a)

…
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7.3.3 计算内存容量

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。 不论数组 的容量是多少，sizeof(数组)始终等于 sizeof(char *)。![[Pasted image 20220508214714.png]]

7.4 指针参数是如何传递内存的？

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”

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

注意：当函数结束后，栈空间会释放。

7.5 free 和 delete 把指针怎么啦？

别看 free 和 delete 的名字恶狠狠的（尤其是 delete），它们只是把指针所指的内存给释放掉，但并没有把指针本身干掉。

注：建议提供类的公有函数，作用是封装指针的释放操作，包含free，和赋值NULL两部分，（这里的安全性检查步骤先略过不聊。）

7.6 动态内存会被自动释放吗？

动态内存不会自主释放，在C++中和c中，编译器默认开发者是成熟的专业程序员，给与了修改底层系统架构的权限能力。
所以，需要程序员在每次创建时，先越过中间逻辑，写好清理工作。

7.7 杜绝“野指针”

1. 指针初始不进行直接赋值时，一定要赋值NULL
2. 指针在清理之后，一定要赋值NULL
3. 指针在访问时，最好先设置查询限制：长度，\0

7.8 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 7-8。

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

}
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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。

7.9 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：

void Func(void) 
{ 
	A *a = new A; 
	if(a == NULL) 
	{ 
		return; 
	} 
	… 
}
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（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); 
	} 
	 … 
}
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（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 7-9。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。
试图耗尽操作系统的内存

void main(void)

{

	float *p = NULL;
	
	while(TRUE)
	
	{
	
		p = new float[1000000];
		
		cout << “eat memory” << endl;
		
		if(p==NULL)
		
		exit(1);
	
	}

}
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[服务器高级架构体系：https://ke.qq.com/course/417774?flowToken=1010783](%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8%E9%AB%98%E7%BA%A7%E6%9E%B6%E6%9E%84%E4%BD%93%E7%B3%BB%EF%BC%9Ahttps://ke.qq.com/course/417774?flowToken=101