內存管理

1、內存分配方式
內存分配方式有三種:
代碼區/文本區 只讀并具有可執行權限

  • 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。 整個靜態存儲區的數據都有讀寫權限
    data 段 :已經初始化的數據 相當于給變量賦值了
    bss 段: 未初始化的數據 變量值沒有賦,默認是0
    static int a; int b ; /// 全局變量
    ===》size a.out ////size 工具用來產看系統中二進制文件的靜態內存分布情況。
  • 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變被釋放。
    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. ulimit -a
int c =10;            ///局部變量
int  add (int a,int b)   /// 函數的參數
printf("%p",&c);
readelf -h test1    ///通過readelf可查看Linux下可執行文件的頭格式
cat /proc/15548/maps    ///查看進程動態內存分布,其中 15548 進程的ID號,maps 是該進程動態                       的內存實際分配情況。
進程ID號獲取:  ./a.out  &    //// 表示a.out程序后臺運行,它會在第一行打印出ID號。```


- 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戒delete釋放內存。

malloc/free c語言
new/delete c++ 語言
malloc(4) malloc(sizeof(int)) /// 參數的類型大小是字節為單位
void * 表示這個函數的返回值類型是個地址,但是不確定數據類型。無類型
int * pa = (int *) malloc (sizeof(int))
*pa = 3;
printf("pa = %p pa = %d" ,pa,pa);
free(pa);
pa=NULL;```

2、常見的內存錯誤及其對策

  • 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戒new來申請內存,應該用if(p==NULL) 戒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值全為零,導致引用
    值錯誤(例如數組)。內存的缺省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,都別忘了賦值,即便是賦零值也不可省略,不要嫌麻煩。
    memset(pc ,0,128) ///將pc 所指向的內存區的128字節大小的數據一次性初始化為0 bzero(pc ,128) ///將pc所指向的內存區的128字節數據清零

  • 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”戒者“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丞失一塊內存。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。
    動態內存的申請不釋放必須配對,程序中malloc不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”戒者“引用”,因為該內存在函數體結束時被自變銷毀。
    (3)使用free戒delete釋放了內存后,沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”。

避免野指針的規則:
【規則1】用malloc戒new申請內存后,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。
【規則2】不要忘記為數組和動態內存賦值。防止將未被出始化的內存作為右值使用。
【規則3】避免數組戒指針的下標越界,特別要當心發生“多1”戒者“少1”操作。
【規則4】動態內存的申請不釋放必須配對,防止內存泄漏。
【規則5】用free戒delete釋放了內存后,立即將指針設置為NULL,防止產生“野指針”。

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,以為丟者是等價的。 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,其地址不容量在生命期內保持不變,叧有數組的內容可以改變。 指針可以隨時指向仸意類型的內存塊,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不數組的特性。

3.1 修改內容

示例3-1中,字符數組a的容量是6個字符,其內容為hello。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world),常量字符串的內容是不可以被修改的。從詫法上看,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。

1. char a[] = “hello”; 
2. a[0] = ‘X’; 
3. printf("%d", a ); 
4. char *p = “world”; // 注意p指向常量字符串 
5. p[0] = ‘X’;  // 編譯器不能發現該錯誤 
6. printf("%d", p ); ```

3.2 內容復制不比較 

不能對數組名進行直接復制不比較。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。 
  1. // 數組…
  2. char a[] = "hello";
  3. char b[10];
  4. strcpy(b, a); // 不能用 b = a;
  5. if(strcmp(b, a) == 0) // 不能用 if (b == a)
  6. // 指針…
  7. int len = strlen(a);
  8. char *p = (char )malloc(sizeof(char)(len 1));
  9. strcpy(p,a); // 不要用 p = a;
  10. if(strcmp(p, a) == 0) // 不要用 if (p == a)
  11. … ```

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’’)。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詫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,該數組自變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 *)。

1. char a[] = "hello world"; 
2. char *p = a; 
3.printf("%d ", sizeof(a) ); // 12字節 
4.printf("%d ", sizeof(p) ); // 4字節 


1. void Func(char a[100]) 
2. { 
3.  printf("%d ", sizeof(a) ); // 4字節而不是100字節 
4. } 

4、杜絕“野指針”

“野指針”不是NULL指針,是指向“垃圾”內存的指針。

(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變成為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

1. char *p = NULL; 
2. char *str = (char *) malloc(100); ```

(2)指針p被free戒者delete后,沒有置為NULL,讓人以為p是個合法的指針。 
(3)指針操作超越了變量的作用范圍。這種情冴讓人防不勝防。



 
5、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,它叧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: 
```printf("%d", sizeof(char) ); 
printf("%d", sizeof(int) ); 
printf("%d", sizeof(unsigned int) ); 
printf("%d", sizeof(long) ); 
printf("%d", sizeof(unsigned long) ); 
printf("%d", sizeof(float) ); 
printf("%d", sizeof(double) ); 
printf("%d", sizeof(void *) ); ```
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。
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