C/C++ 高质量编程–内存,二重指针,指针的高级使用解析

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。 

?? 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。

?? 内存分配成功并且已经初始化,但操作越过了内存的边界。

?? 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”

 
指针参数是如何传递内存的?
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
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?

 

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  1. void GetMemory(char *p, int num)
  2. {
  3. p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
  4. }
  5. void Test(void)
  6. {
  7. char *str = NULL;
  8. GetMemory(str, 100); // str 仍然为 NULL
  9. strcpy(str, “hello”); // 运行错误
  10. }

 

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”

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  1. void GetMemory2(char **p, int num)
  2. {
  3. *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
  4. }
  5. void Test2(void)
  6. {
  7. char *str = NULL;
  8. GetMemory2(&str, 100); // 注意参数是 &str,而不是str
  9. strcpy(str, “hello”);
  10. cout<< str << endl;
  11. free(str);
  12. }

 

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

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  1. char *GetMemory3(int num)
  2. {
  3. char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
  4. return p;
  5. }
  6. void Test3(void)
  7. {
  8. char *str = NULL;
  9. str = GetMemory3(100);
  10. strcpy(str, “hello”);
  11. cout<< str << endl;
  12. free(str);
  13. }

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

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  1. char *GetString(void)
  2. {
  3. char p[] = “hello world”;
  4. return p; // 编译器将提出警告
  5. }
  6. void Test4(void)
  7. {
  8. char *str = NULL;
  9. str = GetString(); // str 的内容是垃圾
  10. cout<< str << endl;
  11. }

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。

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  1. char *GetString2(void)
  2. {
  3. char *p = “hello world”;
  4. return p;
  5. }
  6. void Test5(void)
  7. {
  8. char *str = NULL;
  9. str = GetString2();
  10. cout<< str << endl;
  11. }

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。

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