正確使用記憶體

對於初學者來說，記憶體是個神秘的空間。程式的絕大部分錯誤，也是在於記憶體的使用不當造成的，而且這些錯誤有些都是隱藏很深的。所以，如何掌握記憶體的使用，通曉系統對記憶體的管理手段，將是軟體成功的一個非常關鍵的因素。

       首先我們要瞭解記憶體的分配方式。一般來說，記憶體的分配方式有三種：

1．從靜態儲存地區分配。記憶體在程式編譯的時候就已經分配好，這塊記憶體在程式的整個運行期間都存在。例如全域變數，static變數。

2．在棧上建立。在執行函數時，函數內局部變數的儲存單元都可以在棧上建立，函數執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體配置運算內建於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的記憶體容量有限。

3．從堆上分配，亦稱動態記憶體分配。程式在啟動並執行時候用malloc或new申請任意多少的記憶體，程式員自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。

       以上三種分配方式，我們要注意記憶體生命期的問題：

1．靜態分配的地區的生命期是整個軟體運行期，就是說從軟體運行開始到軟體終止退出。只有軟體終止運行後，這塊記憶體才會被系統回收

2．在棧中分配的空間的生命期與這個變數所在的函數和類相關。如果是函數中定義的局部變數，那麼它的生命期就是函數被調用時，如果函數運行結束，那麼這塊記憶體就會被回收。如果是類中的成員變數，則它的生命期與類執行個體的生命期相同

3．在堆上分配的記憶體，生命期是從調用new或者malloc開始，到調用delete或者free結束。如果不掉用delete或者free。則這塊空間必須到軟體運行結束後才能被系統回收。

下面我們再看看，在使用記憶體的過程中，我們經常發生一些什麼樣的錯誤。以及我們應該採取哪些對策。

發生記憶體錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動探索這些錯誤，通常是在程式運行時才能捕捉到。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。有時使用者怒氣沖沖地把你找來，程式卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發作了。

常見的記憶體錯誤及其對策如下：

1  記憶體配置未成功，卻使用了它。

編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到記憶體配置會不成功。常用解決辦法是，在使用記憶體之前檢查指標是否為NULL。如果指標p是函數的參數，那麼在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請記憶體，應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。

2  記憶體配置雖然成功，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；二是誤以為記憶體的預設初值全為零，導致引用初值錯誤（例如數組）。

記憶體的預設初值究竟是什麼並沒有統一的標準，儘管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式建立數組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。

3  記憶體配置成功並且已經初始化，但操作越過了記憶體的邊界。

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迴圈語句中，迴圈次數很容易搞錯，導致數組操作越界。

4  忘記了釋放記憶體，造成記憶體泄露。

含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊記憶體。剛開始時系統的記憶體充足，你看不到錯誤。終有一次程式突然死掉，系統出現提示：記憶體耗盡。

動態記憶體的申請與釋放必須配對，程式中malloc與free的使用次數一定要相同，否則肯定有錯誤（new/delete同理）。

5  釋放了記憶體卻繼續使用它。

有三種情況：

（1）程式中的對象調用關係過於複雜，實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了記憶體，此時應該重新設計資料結構，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“棧記憶體”的“指標”或者“引用”，因為該記憶體在函數體結束時被自動銷毀。

（3）使用free或delete釋放了記憶體後，沒有將指標設定為NULL。導致產生“野指標”。

 

綜上所述，我們應該注意：

1．用malloc或new申請記憶體之後，應該立即檢查指標值是否為NULL。防止使用指標值為NULL的記憶體。

2．不要忘記為數組和動態記憶體賦初值。防止將未被初始化的記憶體作為右值使用。

3．避免數組或指標的下標越界，特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。

4．動態記憶體的申請與釋放必須配對，防止記憶體流失。

5．用free或delete釋放了記憶體之後，立即將指標設定為NULL，防止產生“野指標”。

下面舉幾個經典的錯誤例子，大家不要犯同樣的錯誤：

1．  返回棧記憶體指標

char *GetString(void)

{

char *p = "hello world";

return p;

}

char* pGet = GetString();

這段程式編譯時間沒有錯誤，運行也沒有錯誤，但是你卻無法使得返回的pGet指標指向的資料是你想要的“hello world”,因為指標p的生命期是函數GetString內，運行完函數GetString後，p分配的棧空間馬上被系統回收了。雖然pGet指向了p當初分配的記憶體位址，但是那塊地址已經沒有內容了。

2．這是一個出現頻率非常高的錯誤

char* pChar = new char;

……

int a ;

pChar = &a;

……

delete pChar;

當然這是一個例子，具體的程式各有不同。

這段程式有兩個問題。一是pChar = &a；將導致pChar原先分配的空間無法再被擷取，就象我們的丟失了朋友的電話號碼一樣，無法再聯絡這個朋友了。這就造成了記憶體流失。如果記憶體流失多了，可能導致系統的崩潰，因為可用的資源將越來越少，直到枯竭為止。第二個問題是delete pChar將導致異常發生，因為這時的pChar已經不是指向動態分配的記憶體了，而是指向了a分配的棧空間，而棧空間是不能使用delete來回收的，因此將導致記憶體異常。

       記憶體是財富，正確使用財富是關鍵，為人如此，編程也如此。

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