C/C++ 傳遞動態記憶體的深入理解

當你涉及到C/C++的核心編程的時候，你會無止境地與記憶體管理打交道。這些往往會使人受盡折磨。所以如果你想深入C/C++編程，你必須靜下心來，好好苦一番。
現在我們將討論C/C++裡我認為哪一本書都沒有完全說清楚，也是涉及概念細節最多，語言中最難的技術之一的動態記憶體的傳遞。並且在軟體開發中很多專業人員並不能寫出相關的合格的代碼。
【引入】 看下面的例子，這是我們在編寫庫函數或者項目內的共同函數經常希望的。
複製代碼 代碼如下:void MyFunc（char *pReturn, size_t size）
{
……
pReturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}

我們可以很明顯地看出代碼作者的意圖，他想在函數調用處聲明一個指標
char *pMyReturn=NULL;
然後調用MyFunc處理並返回一段長度為size的一段動態記憶體。
那麼作者能達到預期的效果嗎？
那麼我可以告訴作者，他的程式在編譯期很幸運地通過了，可是在運行期他的程式崩潰終止。
原因何在，是他觸犯了系統不可侵犯的條款：錯誤地操作記憶體。
【記憶體操作及問題相關知識點】為了能徹底解決動態記憶體傳遞的問題，我們先回顧一下記憶體管理的知識要點。
（1）記憶體配置方式有三種：
●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。
●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。
●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。
（2）指標的操作流程
申請並初始化或設定為空白：int *pInt=NULL;
開闢空間或者使其指向對象：pInt=new Int（3）；或者int i=3;pint=&i;
用指標（更確切地說是操作記憶體，在使用之前加if（pint!=NULL）或者assert（pInt!=NULL）後再使用，以防記憶體申請失敗的情況下使用指標）：
if（p!=NULL） {use pint};
釋放使用完的記憶體。free（pInt）；
置指標為空白pInt=NULL;（避免野指標的出現）
（3） 在函數的參數傳遞中，編譯器總是要為函數的每個參數製作臨時副本，如果參數為p的話，那麼編譯器會產生p的副本_p,使_p=p; 如果函數體內的程式修改了_p的內容，就導致參數p的內容作相應的修改。這就是指標可以用作輸出參數的原因。
【問題分析】
根據上面的規則我們可以很容易分析例子中失敗的原因。複製代碼 代碼如下:void MyFunc（char *pReturn, size_t size）
{
……
pReturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}
void main（void）{
char *pMyReturn=NULL;
MyFunc（pMyReturn,10）；
}

在MyFunc（char *pReturn, size_t size）中_pMyReturn真實地申請到了記憶體， _pMyReturn申請了新的記憶體，只是把_pMyReturn 所指的記憶體位址改變了，但是pMyReturn絲毫未變。所以函數MyFunc並不能輸出任何東西。事實上，每執行一次MyFunc就會泄露一塊記憶體，因 為沒有用free釋放記憶體。
【問題解決方案】
函數間傳遞動態資料我們可以有三種解決方案。
方法一。如果我們是用C++編程，我們可以很方便地利用引用這個技術。我也極力推薦你用引用，因為它會使你少犯一些錯誤。以下是一個例子。複製代碼 代碼如下:void MyFunc（char* &pReturn,size_t size）{
pReturn=（char*）malloc（size）；
memset（pReturn,0x00,size）；
if（size>=13）
strcpy（pReturn,"Hello World!"）；
}
void main（）{
char *pMyReturn=NULL;
MyFunc（pMyReturn,15）；
if（pMyReturn!=NULL）
{
char *pTemp=pMyReturn;
while（*pTemp!=''\0''）
cout《*pTemp++;
pTemp=NULL;
strcpy（pMyReturn,"AAAAAAAA"）；
free（pMyReturn）；
pMyReturn=NULL;
}
}

方法二。利用二級指標
複製代碼 代碼如下: void MyFunc （char ** pReturn, size_t size）
{
* pReturn = （char *）malloc（size）；
}
void main（void）
{
char * pMyReturn = NULL;
MyFunc （&pMyReturn, 100）；// 注意參數是 & pMyReturn
if（pMyReturn!=NULL）{
strcpy（pMyReturn, "hello"）；
cout《 pMyReturn 《 endl;
free（pMyReturn）；
pMyReturn=NULL;
}}

為什麼二級指標就可以了。原因通過函數路由規則可以很容易地分析出來。我們將& pMyReturn傳遞了進去，就是將雙重指標的內容傳遞到了函數中。函數過程利用改變指標的內容，這樣pMyReturn很明顯指向了開闢的記憶體 .
方法三。 用函數傳回值來傳遞動態記憶體
複製代碼 代碼如下:char * MyFunc （void）
{
char *p =new char[20];
memset（p,0x00,sizeof（p））；
return p;
}
void main（void）
{
char *str = NULL;
str = MyFunc（）；
if（str!=NULL）
{
strcpy（str,"Hello,baby"）；
cout《 str 《 endl;
free（str）；
str=NULL;
}
}
請注意的是函數寫成這樣的話
char * MyFunc （void）
{
char *p =”Hello World”
return p;
}

的話，你是不能返回什麼動態記憶體的，因為p指向的是字串常量。記憶體在位於靜態儲存區
上分配，你無法改變。（你想要得到動態記憶體我們一定要看到malloc或者new）。
【結束語】
操作記憶體是C/C++一個痛點，我們作為專業的軟體開發人員。應該深入理解並能靈活地掌握指標和記憶體的操作。
delete的時候可能需要釋放多個指標的記憶體
free和delete的區別是
對於對象來說
free的確釋放了對象的記憶體，但是不調用對象的解構函式，所以如果在對象中使用new分配的記憶體就會泄露
delete不僅釋放對象的記憶體，並且調用對象的解構函式
new和malloc雖然都是申請記憶體，但申請的位置不同，new的記憶體從free store分配，而malloc的記憶體從heap分配（詳情請看ISO14882的記憶體管理部分），free store和heap很相似，都是動態記憶體，但是位置不同，這就是為什麼new出來的記憶體不能通過free來釋放的原因。不過微軟編譯器並沒有很好的執行 標準，很有可能把free store和heap混淆了，因此，free有時也可以。
再補充一點：
delete時候不需要檢查NULL