c/c++ 内存管理

admin 2022年5月28日22:28:22安全开发评论11 views6497字阅读21分39秒阅读模式
这是我刚开始学编程里整理的一篇总结,主要是来源一本叫《高质量c/c++编程》的书,很多年过去了,重新复习一下。
1、malloc()
malloc()函数用来分配内存:将总共需要的字节数作为参数传递给该函数,返回值是指向最新分配的内存的指针,而如果内存没有分配好,则返回值是NULL。
malloc()的使用技术:
some_type *pointer;pointer = malloc(count * sizeof(*pointer));
注:
(1)这个方法保证malloc()会分配正确数量的内存,而不用考虑pointer的生命。如果pointer的类型后来变了,sizeof算子自动确保要分配的字节数仍然正确。
(2)malloc()返回的内存是“没有“初始化的。这块内存可能包含任何随机的垃圾,你可以马上用有效数据或者至少是用零来初始化这块内存。要用0初始化,可以用
void *memset(void *s, int c, size_t n);
(3)malloc()最终通过缺页异常获取的物理内存中的原有数据,大多数情况下是0(但不能保证一定是0)
2、calloc()
calloc()函数是malloc的简单包装。它的主要优点是把动态分配的内存清零。
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
有经验的程序员更喜欢使用calloc(),因为这样的话新分配内存的内容就不会有什么问题,调用calloc()肯定会清0并且可以避免调用memset().
3、realloc()
函数原型:extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);#include  有些编译器需要#include 。改变mem_address所指内存区域的大小为newsize长度。如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针,否则返回空指针NULL。当内存不再使用时,应使用free()函数将内存块释放。
注意:这里原始内存中的数据还是保持不变的。
4、malloc()和calloc()
函数malloc()和calloc()都可以用来动态分配内存空间,但两者稍有区别:
(a)malloc()函数有一个参数,即要分配的内存空间的大小:
void *malloc(size_t size);
calloc()函数有两个参数,分别为元素的数目和每个元素的大小,这两个参数的乘积就是要分配的内存空间的大小。
void *calloc(size_t numElements,size_t sizeOfElement);
(b)如果调用成功,函数malloc()和函数calloc()都将返回所分配的内存空间的首地址。
(c)函数malloc()和函数calloc()的主要区别是前者不能初始化所分配的内存空间,而后者能
(d)如果由malloc()函数分配的内存空间原来没有被使用过,则其中的每一位可能都是0;反之,如果这部分内存曾经被分配过,则其中可能遗留有各种各样的数据。也就是说,使用malloc()函数的程序开始时(内存空间还没有被重新分配)能正常进行,但经过一段时间(内存空间还已经被重新分配)可能会出现问题。
(e)函数calloc()会将所分配的内存空间中的每一位都初始化为零,也就是说,如果你是为字符类型或整数类型的元素分配内存,那麽这些元素将保证会被初始化为0;如果你是为指针类型的元素分配内存,那麽这些元素通常会被初始化为空指针;如果你为实型数据分配内存,则这些元素会被初始化为浮点型的零。
(f)calloc(m, n) 本质上等价于 
p = malloc(m * n); 
memset(p, 0, m * n);
5、free和delete
(a)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。
(b)p被free以后其地址仍然不变(非NULL),只是该地址对应的内存是垃圾,p成了“野指针”。如果此时不把p设置为NULL,会让人误以为p是个合法的指针。
(c)我们有时记不住p所指的内存是否已经被释放,在继续使用p之前,通常会用语句if (p != NULL)进行防错处理。但是只有当p = NULL时if (p != NULL)才起作用。   
6、new和malloc 
(1)、new 是c++中的操作符,malloc是c 中的一个函数.
(2)、new 不止是分配内存,而且会调用类的构造函数,同理delete会调用类的析构函数,而malloc则只分配内存,不会进行初始化类成员的工作,同样free也不会调用析构函数. 
(3)、内存泄漏对于malloc或者new都可以检查出来的,区别在于new可以指明是那个文件的那一行,而malloc没有这些信息。
(4)、new 和 malloc效率比较 
(a)new可以认为是malloc加构造函数的执行。
(b)new出来的指针是直接带类型信息的 而malloc返回的都是void指针。
7、new/ delete和malloc/free
(a)New/ delete 是运算符,malloc/free是函数
(b)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。
(c)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。
(d)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。
(e)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.
(f)new delete在实现上其实调用了malloc,free函数。new operator除了分配内存,还要调用构造函数,malloc函数只是负责分配内存。 
(g)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。
8、malloc/free 的使用要点
(a)malloc只关心两个要素:“类型转换”和“sizeof”
(b)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.
(c)malloc返回值的类型是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。
(d)语句free(p)之所以能正确地释放内存.是因为指针p的类型以及它所指的内存的容量事先都是知道的。如果p是NULL指针,那么free对p无论操作多少次都不会出问题。如果p不是NULL指针,那么free对p连续操作两次就会导致程序运行错误。
9、new/delete 的使用要点
(a)运算符new使用起来要比函数malloc简单得多,这是因为new内置了sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型的对象而言,new在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数,那么new的语句也可以有多种形式。
   例如:
   int  *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);
   int  *p2 = new int[length];
(b)如果用new创建对象数组,那么只能使用对象的无参数构造函数。
Obj  *objects = new Obj[100]; // 创建100个动态对象
(c)在用delete释放对象数组时,留意不要丢了符号“[]”。delete []objects; // 正确的用法
10、野指针
——“野指针”不是NULL指针,是指向“垃圾”内存的指针。人们一般不会错用NULL指针,因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的,if语句对它不起作用。
“野指针”的成因主要有两种:
(a)指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被创建时不会自动成为NULL指针,它的缺省值是随机的,它会乱指一气。所以,指针变量在创建的同时应当被初始化,要么将指针设置为NULL,要么让它指向合法的内存。
(b)指针p被free或者delete之后,没有置为NULL,让人误以为p是个合法的指针.
(c)指针操作超越了变量的作用范围。这种情况让人防不胜防,
11、内存分配方式
内存分配方式有三种:
(a)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。
(b)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。
(c)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。
**常见的内存错误及其对策
1、 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。
2、 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。
3、 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。
4、 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)。
5、 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”。
**改正注意事项:
(a)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。
(b)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。
(c)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。
(d)动态内存的申请与释放必须配对,防止内存泄漏。
(f)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”。
 
12、指针与数组的对比
(a)指针和数组在不少地方可以相互替换着用,但两者不是等价的!
(b)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。
(c)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。
(d)若想把数组a的内容复制给数组b,不能用语句 b = a ,应该用标准库函数strcpy进行复制
(f)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
(g)语句p = a 不是把a的内容复制指针p,而是把a的地址赋给了p。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。
(h)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。
(i)用运算符sizeof可以计算出数组的容量(字节数)(注意别忘了’’)。
(j)C++/C语言没有办法知道指针所指的内存容量,除非在申请内存时记住它
(k)注意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。(即在函数内的用数组名的本质是相对应的指针)。
13、指针参数的传递内存
(a)如果函数的参数是一个指针,不能用该指针去申请动态内存。
(b)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”.
void GetMemory2(char **p, int num){    *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num);}
void Test2(void){ char *str = NULL; GetMemory2(&str, 100); // 注意参数是 &str,而不是str strcpy(str, "hello"); cout<< str << endl; free(str);}



(c)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。


char *GetMemory3(int num){ char *p = (char *)malloc(sizeof(char) * num); return p;}
void Test3(void){ char *str = NULL; str = GetMemory3(100); strcpy(str, "hello"); cout<< str << endl; free(str);}
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14、处理内存耗尽问题
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
(a)判断指针是否为NULL,如果是则马上用return语句终止本函数。


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。
**(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。

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原文始发于微信公众号(汇编语言):c/c++ 内存管理

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admin
  • 本文由 发表于 2022年5月28日22:28:22
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