今天給大家分享C高級編程精華片之內存管理——歡迎跟大家一起踏進內存這片雷區，然后帶大家從雷區中走出來！

程序員們經常編寫內存管理程序，往往提心吊膽。如果不想觸雷，唯一的解決辦法就是發現所有潛伏的地雷并且排除它們，躲是躲不了的。本章的內容比一般教科書的要深入得多，讀者需細心閱讀，做到真正地通曉內存管理。

7.1 內存分配方式

內存分配方式有三種：

(1) 從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static 變量。

(2) 在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。

(3) 從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用 malloc 或 new 申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用 free 或 delete 釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。

7.2 常見的內存錯誤及其對策

發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤，通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的癥狀，時隱時現，增加了改錯的難度。

有時用戶怒氣沖沖地把你找來，程序卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發作了。

常見的內存錯誤及其對策如下：

內存分配未成功，卻使用了它。

編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是，在使用內存之前檢查指針是否為 NULL。如果指針 p 是函數的參數，那么在函數的入口處用 assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用 malloc 或 new 來申請內存，應該用 if(p==NULL)或 if(p!=NULL)進行防錯處理。

內存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它。

犯這種錯誤主要有兩個起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內存的缺省初值全為零，導致引用初值錯誤(例如數組)。

內存的缺省初值究竟是什么并沒有統一的標準，盡管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。

內存分配成功并且已經初始化，但操作越過了內存的邊界。

例如在使用數組時經常發生下標“多 1”或者“少 1”的操作。特別是在 for 循環語句中，循環次數很容易搞錯，導致數組操作越界。

忘記了釋放內存，造成內存泄露。

含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉，系統出現提示：內存耗盡。

動態內存的申請與釋放必須配對，程序中 malloc 與 free 的使用次數一定要相同，否則肯定有錯誤(new/delete 同理)。

釋放了內存卻繼續使用它。

有三種情況：

(1)程序中的對象調用關系過于復雜，實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存，此時應該重新設計數據結構，從根本上解決對象管理的混亂局面。

(2)函數的 return 語句寫錯了，注意不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”，因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。

(3)使用 free 或 delete 釋放了內存后，沒有將指針設置為 NULL。導致產生“野指針”。

z 【規則 7-2-1】用 malloc 或 new 申請內存之后，應該立即檢查指針值是否為 NULL。防止使用指針值為 NULL 的內存。

z 【規則 7-2-2】不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。

z 【規則 7-2-3】避免數組或指針的下標越界，特別要當心發生“多 1”或者“少 1”操作。

z 【規則 7-2-4】動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存泄漏。

z 【規則 7-2-5】用 free 或 delete 釋放了內存之后，立即將指針設置為 NULL，防止產生“野指針”。

7.3 指針與數組的對比

C++/C 程序中，指針和數組在不少地方可以相互替換著用，讓人產生一種錯覺，以為兩者是等價的。

數組要么在靜態存儲區被創建(如全局數組)，要么在棧上被創建。數組名對應著(而不是指向)一塊內存，其地址與容量在生命期內保持不變，只有數組的內容可以改變。

指針可以隨時指向任意類型的內存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來操作動態內存。指針遠比數組靈活，但也更危險。

下面以字符串為例比較指針與數組的特性。

7.3.1 修改內容

示例 7-3-1 中，字符數組 a 的容量是 6 個字符，其內容為 hello0。a 的內容可以改

變，如 a[0]= ‘X’。指針 p 指向常量字符串“world”(位于靜態存儲區，內容為 world0)，

常量字符串的內容是不可以被修改的。從語法上看，編譯器并不覺得語句 p[0]= ‘X’有什

么不妥，但是該語句企圖修改常量字符串的內容而導致運行錯誤。

7.3.2 內容復制與比較

不能對數組名進行直接復制與比較。示例 7-3-2 中，若想把數組 a 的內容復制給數

組 b，不能用語句 b = a ，否則將產生編譯錯誤。應該用標準庫函數 strcpy 進行復制。

同理，比較 b 和 a 的內容是否相同，不能用 if(b==a) 來判斷，應該用標準庫函數 strcmp

進行比較。

語句 p = a 并不能把 a 的內容復制指針 p，而是把 a 的地址賦給了 p。要想復制 a

的內容，可以先用庫函數 malloc 為 p 申請一塊容量為 strlen(a)+1 個字符的內存，再

用 strcpy 進行字符串復制。同理，語句 if(p==a) 比較的不是內容而是地址，應該用庫

函數 strcmp 來比較。

7.3.3 計算內存容量

用運算符 sizeof 可以計算出數組的容量(字節數)。示例 7-3-3(a)中，sizeof(a)

的值是 12(注意別忘了’0’)。指針 p 指向 a，但是 sizeof(p)的值卻是 4。這是因為

sizeof(p)得到的是一個指針變量的字節數，相當于 sizeof(char*)，而不是 p 所指的內

存容量。C++/C 語言沒有辦法知道指針所指的內存容量，除非在申請內存時記住它。

注意當數組作為函數的參數進行傳遞時，該數組自動退化為同類型的指針。示例

7-3-3(b)中，不論數組 a 的容量是多少，sizeof(a)始終等于 sizeof(char *)。

7.4 指針參數是如何傳遞內存的？

如果函數的參數是一個指針，不要指望用該指針去申請動態內存。示例 7-4-1 中，

Test 函數的語句 GetMemory(str, 200)并沒有使 str 獲得期望的內存，str 依舊是 NULL，

為什么？

毛病出在函數 GetMemory 中。編譯器總是要為函數的每個參數制作臨時副本，指針

參數 p 的副本是 _p，編譯器使 _p = p。如果函數體內的程序修改了_p 的內容，就導致

參數 p 的內容作相應的修改。這就是指針可以用作輸出參數的原因。在本例中，_p 申請

了新的內存，只是把_p 所指的內存地址改變了，但是 p 絲毫未變。所以函數 GetMemory

并不能輸出任何東西。事實上，每執行一次 GetMemory 就會泄露一塊內存，因為沒有用

free 釋放內存。

如果非得要用指針參數去申請內存，那么應該改用“指向指針的指針”，見示例 7-4-2。

由于“指向指針的指針”這個概念不容易理解，我們可以用函數返回值來傳遞動態

內存。這種方法更加簡單，見示例 7-4-3。

用函數返回值來傳遞動態內存這種方法雖然好用，但是常常有人把 return 語句用錯

了。這里強調不要用 return 語句返回指向“棧內存”的指針，因為該內存在函數結束時

自動消亡，見示例 7-4-4。

函數 Test5 運行雖然不會出錯，但是函數 GetString2 的設計概念卻是錯誤的。因

為 GetString2 內的“hello world”是常量字符串，位于靜態存儲區，它在程序生命期

內恒定不變。無論什么時候調用 GetString2，它返回的始終是同一個“只讀”的內存塊。

7.5 free 和 delete 把指針怎么啦？

別看 free 和 delete 的名字惡狠狠的(尤其是 delete)，它們只是把指針所指的內存給

釋放掉，但并沒有把指針本身干掉。

用調試器跟蹤示例 7-5，發現指針 p 被 free 以后其地址仍然不變(非 NULL)，只是

該地址對應的內存是垃圾，p 成了“野指針”。如果此時不把 p 設置為 NULL，會讓人誤

以為 p 是個合法的指針。

如果程序比較長，我們有時記不住 p 所指的內存是否已經被釋放，在繼續使用 p 之

前，通常會用語句 if (p != NULL)進行防錯處理。很遺憾，此時 if 語句起不到防錯作

用，因為即便 p 不是 NULL 指針，它也不指向合法的內存塊。

7.6 動態內存會被自動釋放嗎？

函數體內的局部變量在函數結束時自動消亡。很多人誤以為示例 7-6 是正確的。理

由是 p 是局部的指針變量，它消亡的時候會讓它所指的動態內存一起完蛋。這是錯覺！

我們發現指針有一些“似是而非”的特征：

(1)指針消亡了，并不表示它所指的內存會被自動釋放。

(2)內存被釋放了，并不表示指針會消亡或者成了 NULL 指針。

這表明釋放內存并不是一件可以草率對待的事。也許有人不服氣，一定要找出可以草率行事的理由：

如果程序終止了運行，一切指針都會消亡，動態內存會被操作系統回收。既然如此，在程序臨終前，就可以不必釋放內存、不必將指針設置為 NULL 了。終于可以偷懶而不

會發生錯誤了吧？

想得美。如果別人把那段程序取出來用到其它地方怎么辦？

7.7 杜絕“野指針”

“野指針”不是 NULL 指針，是指向“垃圾”內存的指針。人們一般不會錯用 NULL

指針，因為用 if 語句很容易判斷。但是“野指針”是很危險的，if 語句對它不起作用。

“野指針”的成因主要有兩種：

(1)指針變量沒有被初始化。任何指針變量剛被創建時不會自動成為 NULL 指針，它

的缺省值是隨機的，它會亂指一氣。所以，指針變量在創建的同時應當被初始化，要么

將指針設置為 NULL，要么讓它指向合法的內存。例如

char *p = NULL;

char *str = (char *) malloc(100);

(2)指針 p 被 free 或者 delete 之后，沒有置為 NULL，讓人誤以為 p 是個合法的指針。

參見 7.5 節。

(3)指針操作超越了變量的作用范圍。這種情況讓人防不勝防，示例程序如下：

class A

{

public:

void Func(void){ cout << “Func of class A” << endl; }

};

void Test(void)

{

A *p;

{

A a;

p = &a; // 注意 a 的生命期

}

p->Func(); // p 是“野指針”

}

函數 Test 在執行語句 p->Func()時，對象 a 已經消失，而 p 是指向 a 的，所以 p 就

成了“野指針”。但奇怪的是我運行這個程序時居然沒有出錯，這可能與編譯器有關。

7.8 有了 malloc/free 為什么還要 new/delete ？

malloc 與 free 是 C++/C 語言的標準庫函數，new/delete 是 C++的運算符。它們都可

用于申請動態內存和釋放內存。

對于非內部數據類型的對象而言，光用 maloc/free 無法滿足動態對象的要求。對象

在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由于

malloc/free 是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數

和析構函數的任務強加于 malloc/free。

因此 C++語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符 new，以及一個

能完成清理與釋放內存工作的運算符 delete。注意 new/delete 不是庫函數。

我們先看一看 malloc/free 和 new/delete 如何實現對象的動態內存管理，見示例 7-8。

類 Obj 的函數 Initialize 模擬了構造函數的功能，函數 Destroy 模擬了析構函數的功

能。函數 UseMallocFree 中，由于 malloc/free 不能執行構造函數與析構函數，必須調用

成員函數 Initialize 和 Destroy 來完成初始化與清除工作。函數 UseNewDelete 則簡單得

多。

所以我們不要企圖用 malloc/free 來完成動態對象的內存管理，應該用 new/delete。

由于內部數據類型的“對象”沒有構造與析構的過程，對它們而言 malloc/free 和

new/delete 是等價的。

既然 new/delete 的功能完全覆蓋了 malloc/free，為什么 C++不把 malloc/free 淘

汰出局呢？這是因為 C++程序經常要調用 C 函數，而 C 程序只能用 malloc/free 管理動

態內存。

如果用 free 釋放“new 創建的動態對象”，那么該對象因無法執行析構函數而可能

導致程序出錯。如果用 delete 釋放“malloc 申請的動態內存”，理論上講程序不會出錯，

但是該程序的可讀性很差。所以 new/delete 必須配對使用，malloc/free 也一樣。

7.9 內存耗盡怎么辦？

如果在申請動態內存時找不到足夠大的內存塊，malloc 和 new 將返回 NULL 指針，

宣告內存申請失敗。通常有三種方式處理“內存耗盡”問題。

(1)判斷指針是否為 NULL，如果是則馬上用 return 語句終止本函數。例如：

void Func(void)

{

A *a = new A;

if(a == NULL)

{

return;

}

…

}

(2)判斷指針是否為 NULL，如果是則馬上用 exit(1)終止整個程序的運行。例如：

void Func(void)

{

A *a = new A;

if(a == NULL)

{

cout << “Memory Exhausted” << endl;

exit(1);

}

…

}

(3)為 new 和 malloc 設置異常處理函數。例如 Visual C++可以用_set_new_hander 函數為 new 設置用戶自己定義的異常處理函數，也可以讓 malloc 享用與 new 相同的異常處理函數。詳細內容請參考 C++使用手冊。

上述(1)(2)方式使用最普遍。如果一個函數內有多處需要申請動態內存，那么方式(1)就顯得力不從心(釋放內存很麻煩)，應該用方式(2)來處理。

很多人不忍心用 exit(1)，問：“不編寫出錯處理程序，讓操作系統自己解決行不行？”

不行。如果發生“內存耗盡”這樣的事情，一般說來應用程序已經無藥可救。如果

不用 exit(1) 把壞程序殺死，它可能會害死操作系統。道理如同：如果不把歹徒擊斃，

歹徒在老死之前會犯下更多的罪。

有一個很重要的現象要告訴大家。對于 32 位以上的應用程序而言，無論怎樣使用

malloc 與 new，幾乎不可能導致“內存耗盡”。我在 Windows 98 下用 Visual C++編寫了

測試程序，見示例 7-9。這個程序會無休止地運行下去，根本不會終止。因為 32 位操作

系統支持“虛存”，內存用完了，自動用硬盤空間頂替。我只聽到硬盤嘎吱嘎吱地響，

Window 98 已經累得對鍵盤、鼠標毫無反應。

我可以得出這么一個結論：對于 32 位以上的應用程序，“內存耗盡”錯誤處理程序

毫無用處。這下可把 Unix 和 Windows 程序員們樂壞了：反正錯誤處理程序不起作用，

我就不寫了，省了很多麻煩。

我不想誤導讀者，必須強調：不加錯誤處理將導致程序的質量很差，千萬不可因小

失大。

7.10 malloc/free 的使用要點

函數 malloc 的原型如下：

void * malloc(size_t size);

用 malloc 申請一塊長度為 length 的整數類型的內存，程序如下：

int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);

我們應當把注意力集中在兩個要素上：“類型轉換”和“sizeof”。

malloc 返回值的類型是 void *，所以在調用 malloc 時要顯式地進行類型轉換，將

void * 轉換成所需要的指針類型。

malloc 函數本身并不識別要申請的內存是什么類型，它只關心內存的總字節數。我

們通常記不住 int, float 等數據類型的變量的確切字節數。例如 int 變量在 16 位系統

下是 2 個字節，在 32 位下是 4 個字節；而 float 變量在 16 位系統下是 4 個字節，在

32 位下也是 4 個字節。最好用以下程序作一次測試：

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 << sizeof(double) << endl;

cout << sizeof(void *) << endl;

在 malloc 的“()”中使用 sizeof 運算符是良好的風格，但要當心有時我們會昏了

頭，寫出 p = malloc(sizeof(p))這樣的程序來。

函數 free 的原型如下：

void free( void * memblock );

為什么 free 函數不象 malloc 函數那樣復雜呢？這是因為指針 p 的類型以及它所指

的內存的容量事先都是知道的，語句 free(p)能正確地釋放內存。如果 p 是 NULL 指針，

那么 free 對 p 無論操作多少次都不會出問題。如果 p 不是 NULL 指針，那么 free 對 p

連續操作兩次就會導致程序運行錯誤。

7.11 new/delete 的使用要點

運算符 new 使用起來要比函數 malloc 簡單得多，例如：

int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

int *p2 = new int[length];

這是因為 new 內置了 sizeof、類型轉換和類型安全檢查功能。對于非內部數據類型

的對象而言，new 在創建動態對象的同時完成了初始化工作。如果對象有多個構造函數，

那么 new 的語句也可以有多種形式。例如

class Obj

{

public :

Obj(void); // 無參數的構造函數

Obj(int x); // 帶一個參數的構造函數

…

}

void Test(void)

{

Obj *a = new Obj;

Obj *b = new Obj(1); // 初值為 1

…

delete a;

delete b;

}

如果用 new 創建對象數組，那么只能使用對象的無參數構造函數。例如

Obj *objects = new Obj[100]; // 創建 100 個動態對象

不能寫成

Obj *objects = new Obj[100](1);// 創建 100 個動態對象的同時賦初值 1

在用 delete 釋放對象數組時，留意不要丟了符號‘[]’。例如

delete []objects; // 正確的用法

delete objects; // 錯誤的用法

后者相當于 delete objects[0]，漏掉了另外 99 個對象。

7.12 一些心得體會

我認識不少技術不錯的 C++/C 程序員，很少有人能拍拍胸脯說通曉指針與內存管理(包括我自己)。我最初學習 C 語言時特別怕指針，導致我開發第一個應用軟件(約 1萬行 C 代碼)時沒有使用一個指針，全用數組來頂替指針，實在蠢笨得過分。躲避指針不是辦法，后來我改寫了這個軟件，代碼量縮小到原先的一半。

我的經驗教訓是：

(1)越是怕指針，就越要使用指針。不會正確使用指針，肯定算不上是合格的程序員。

(2)必須養成“使用調試器逐步跟蹤程序”的習慣，只有這樣才能發現問題的本質。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的c++new时赋初值_C高级编程精髓之内存管理，万千码农踩过的雷，大神带你走出雷区...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。