高质量C++/C编程指南 -- 第7章 内存管理 (2)

7.7 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：

（1）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。例如

    char *p = NULL;

    char *str = (char *) malloc(100);

 

（2）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。参见7.5节。

 

（3）指针操作超越了变量的作用范围。这种情况让人防不胜防，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“野指针”

}

 

函数Test在执行语句p->Func()时，对象a已经消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指针”。但奇怪的是我运行这个程序时居然没有出错，这可能与编译器有关。

 

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 }

示例7-8 用malloc/free和new/delete如何实现对象的动态内存管理

 

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;

    }

…

}

 

（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);

}

    …

}

 

（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。

 

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

示例7-9试图耗尽操作系统的内存

7.10 malloc/free 的使用要点

    函数malloc的原型如下：

        void * malloc(size_t size);

    用malloc申请一块长度为length的整数类型的内存，程序如下：

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

我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。