谈C/C++指针精华（二）
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谈C/C++指针精华（二）

2019-06-13

谈C/C++指针精华（二）

谈C/C++指针精华（二）

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1.3指针与内存打点

操作指针你可以将数据写入内存中的任意位置，可是，一旦你的措施中有一个野指针（"wild“pointer），即指向一个错误位置的指针，你的数据就危险了—存放在堆中的数据大概会被粉碎，用来打点堆的数据布局也大概会被粉碎，甚至操纵系统的数据也大概会被修改，有时，上述三种粉碎环境会同时产生。所以公道的正确的分派指针的地点长短常重要的。

1.3.1内存分派的方法

内存分派方法有三种：

（1）从静态存储区域分派。内存在措施编译的时候就已经分派好，这块内存在措施的整个运行期间都存在。譬喻全局变量，static变量。

（2）在栈上建设。在执行函数时，函数内局部变量的存储单位都可以在栈上建设，函数执行竣事时这些存储单位自动被释放。栈内存分派运算内置于处理惩罚器的指令会合，效率很高，可是分派的内存容量有限。

（3） 从堆上分派，亦称动态内存分派。措施在运行的时候用malloc或new申请任意几多的内存，措施员本身认真在何时用free或delete释放内存。动态内存的保留期由我们抉择，利用很是机动，但问题也最多，以下我们重点讲授动态内存分派。

1.3.2 malloc/free 的利用要点

malloc与free是C/C++语言的尺度库函数，它用于申请动态内存和释放内存。

函数malloc的原型如下：

void * malloc（size_t size）；

用malloc申请一块长度为length的整数范例的内存，措施如下：

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

我们该当把留意力会合在两个要素上：“范例转换”和“sizeof”。

malloc函数返回值的范例是void *，所以在挪用malloc时要显式地举办范例转换，将void * 转换成所需要的指针范例。

malloc函数自己并不识别要申请的内存是什么范例，它只体贴内存的总字节数。譬喻int变量在16位系统下是2个字节，在32位下是4个字节；而float变量在16位系统下是4个字节，在32位下也是4个字节。这个你可以用sizeof（范例）去测试。

在malloc的“（）”中利用sizeof运算符是精采的气势气魄，但要当心有时我们会昏了头，写出 ip = malloc（sizeof（ip））这样的措施来。

函数free的原型如下：

void free（ void * memblock ）；

为什么free函数不象malloc函数那样巨大呢？这是因为指针p的范例以及它所指的内存的容量事先都是知道的，语句free（p）能正确地释放内存。假如p是NULL指针，那么free对p无论操纵几多次都不会出问题。假如p不是NULL指针，那么free对p持续操纵两次就会导致措施运行错误。


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1.3.3 new/delete 的利用要点

对付非内部数据范例的工具而言，光用maloc/free无法满意动态工具的要求。工具在建设的同时要自动执行结构函数，工具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，不在编译器节制权限之内，不可以或许把执行结构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派和初始化事情的运算符new，以及一个能完成清理与释放内存事情的运算符delete.留意new/delete不是库函数，只是C++的运算符。我们来看如下例子就知道怎么回事了。

class Object
{
public :
Object(void){std::cout << “Initialization”<< std::endl; }
~Object(void){std::cout << “Destroy”<< std::endl; }
void Initialize(void){std:: cout << “Initialization”<< std::endl; }
void Destroy(void){ std::cout << “Destroy”<< std::endl; }
}
void UseMallocFree(void)
{
Object *ip = (Object *)malloc(sizeof(Object));　　　 // 申请动态内存
ip->Initialize();　　// 初始化
//…
ip->Destroy();　　 // 排除事情
free(ip);　　　// 释放内存
}
void UseNewDelete(void)
{
Object *ip = new Object;　　// 申请动态内存而且初始化
//…
Delete ip;　　　// 排除而且释放内存
}

用malloc/free和new/delete如何实现工具的动态内存打点

类Object的函数Initialize模仿告终构函数的成果，函数Destroy模仿了析构函数的成果。函数UseMallocFree中，由于malloc/free不能执行结构函数与析构函数，必需挪用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化与排除事情。函数UseNewDelete则简朴得多。

所以我们不要诡计用malloc/free来完成动态工具的内存打点，应该用new/delete.由于内部数据范例的“工具”没有结构与析构的进程，对它们而言malloc/free和new/delete是等价的。new内置了sizeof、范例转换和范例安详查抄成果， ，对付非内部数据范例的工具而言，new在建设动态工具的同时完成了初始化事情。

new/delete 常利用的要领如下：

typeof *ip = new typeof[length]；

类/布局 *ip = new 类布局；

一般释放如下：delete ip；

数组的释放如下：delete [] ip；

1.3.4内存耗尽怎么办？

假如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。凡是有三种方法处理惩罚“内存耗尽”问题。

（1）判定指针是否为NULL，假如是则顿时用return语句终止本函数。譬喻：

void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
return;
}
…
}

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（2）判定指针是否为NULL，假如是则顿时用exit（1）终止整个措施的运行。譬喻：

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void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
std::cout << “Memory Exhausted” << std::endl;
exit(1);
}
…
}

（3）为new和malloc配置异常处理惩罚函数。譬喻Visual C++可以用_set_new_hander函数为new配置用户本身界说的异常处理惩罚函数，也可以让malloc享用与new沟通的异常处理惩罚函数。具体内容请参考C++利用手册。

有一个很重要的现象要汇报各人。对付32位以上的应用措施而言，无论奈何利用malloc与new，险些不行能导致“内存耗尽”。因为32位操纵系统支持“虚存”，内存用完了，自动用硬盘空间顶替。我不想误导读者，必需强调：不加错误处理惩罚将导致措施的质量很差，千万不行因小失大。

1.3. 5杜绝“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语句很容易判定。可是“野指针”是很危险的，if语句对它不起浸染。 “野指针”的原因主要有如下几种：

（1）指针变量没有被初始化。任何指针变量刚被建设时不会自动成为NULL指针，它的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在建设的同时该当被初始化，要么将指针配置为NULL，要么让它指向正当的内存。譬喻

char *ip = NULL；

char *ip = new char；

（2）指针ip被free可能delete之后，没有置为NULL，让人误觉得ip是个正当的指针。

（3）指针操纵逾越了变量的浸染范畴。这种环境让人防不胜防，示例措施如下：

class A
{
public:
void Func(void){ std::cout << “Func of class A” << std::endl; }
};
void Test(void)
{
A *p;
{
A a;
p = &a; // 留意 a 的生命期
}
p->Func(); // p是“野指针”
}

函数Test在执行语句p->Func（）时，工具a已经消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指针”。但奇怪的是有些编译器运行这个措施时居然没有堕落，这大概与编译器有关。

1.3.6指针参数是如何通报内存的？

假如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。见如下例子：

void GetMemory(char *ip, int num)
{
ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str, 100); // str 仍然为 NULL
strcpy(str, "hello"); // 运行错误
}

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试图用指针参数申请动态内存

短处出在函数GetMemory中。编译器老是要为函数的每个参数建造姑且副本，指针参数ip的副本是 _ip，编译器使 _ip = ip.假如函数体内的措施修改了_ip的内容，就导致参数ip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，_ip申请了新的内存，只是把_ip所指的内存地点改变了，可是ip丝毫未变。所以函数GetMemory并不能输出任何对象。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。

假如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”，见如下示例：

void GetMemory(char **p, int num)
{
*ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100); // 留意参数是 &str，而不是str
strcpy(str, "hello");
std::cout<< str << std::endl;
free(str);
}

用指向指针的指针申请动态内存

虽然，我们也可以用函数返回值来通报动态内存。这种要领越发简朴，见如下示例：

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char *GetMemory(int num)
{
char *ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
return ip;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory(100);
strcpy(str, "hello");
std::cout<< str << std::endl;
free(str);
}

用函数返回值来通报动态内存

用函数返回值来通报动态内存这种要领固然好用，可是经常有人把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，因为该内存在函数竣事时自动消亡，见如下示例：

char *GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; // 编译器将提出告诫
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString(); // str 的内容是垃圾
std::cout<< str << std::endl;
}

return语句返回指向“栈内存”的指针

最后，按照以上叙述，我们总结如下利用法则供各人参考：

【法则1】用malloc或new申请内存之后，应应当即查抄指针值是否为NULL.防备利用指针值为NULL的内存。

【法则2】不要健忘为数组和动态内存赋初值。防备将未被初始化的内存作为右值利用。

【法则3】制止数组或指针的下标越界，出格要当心产生“多1”可能“少1”操纵。

【法则4】动态内存的申请与释放必需配对，防备内存泄漏。

【法则5】用free或delete释放了内存之后，当即将指针配置为NULL，防备发生“野指针”。

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