C++程序中的內(nèi)存方式介紹
對(duì)第一次接觸到C++程序的用戶和學(xué)者來說,了解C++語言的概念是非常重要的,那么就先說一下什么是C++語言,所謂C++語言:是一種使用非常廣泛的計(jì)算機(jī)編程語言。
在C++程序內(nèi)存分配方式有三種:
(1) 從靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)域分配。內(nèi)存在程序編譯的時(shí)候就已經(jīng)分配好,這塊內(nèi)存在程序的整個(gè)運(yùn)行期間都存在。例如全局變量,static變量。
(2) 在棧上創(chuàng)建。在執(zhí)行函數(shù)時(shí),函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建,函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)被釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中,效率很高,但是分配的內(nèi)存容量有限。
(3) 從堆上分配,亦稱動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。程序在運(yùn)行的時(shí)候用malloc或new申請(qǐng)任意多少的內(nèi)存,程序員自己負(fù)責(zé)在何時(shí)用free或delete釋放內(nèi)存。動(dòng)態(tài)內(nèi)存的生存期由我們決定,使用非常靈活,但問題也最多。
發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤,通常是在程序運(yùn)行時(shí)才能捕捉到。而這些錯(cuò)誤大多沒有明顯的癥狀,時(shí)隱時(shí)現(xiàn),增加了改錯(cuò)的難度。有時(shí)用戶怒氣沖沖地把你找來,程序卻沒有發(fā)生任何問題,你一走,錯(cuò)誤又發(fā)作了。
C++程序編程新手常犯這種錯(cuò)誤,因?yàn)樗麄儧]有意識(shí)到內(nèi)存分配會(huì)不成功。常用解決辦法是,在使用內(nèi)存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數(shù)的參數(shù),那么在函數(shù)的入口處用assert(p!=NULL)進(jìn)行檢查。如果是用malloc或new來申請(qǐng)內(nèi)存,應(yīng)該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進(jìn)行防錯(cuò)處理。
犯這種錯(cuò)誤主要有兩個(gè)起因:一是沒有初始化的觀念;二是誤以為內(nèi)存的缺省初值全為零,導(dǎo)致引用初值錯(cuò)誤(例如數(shù)組)。內(nèi)存的缺省初值究竟是什么并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),盡管有些時(shí)候?yàn)榱阒担覀儗幙尚牌錈o不可信其有。
所以無論用何種方式創(chuàng)建數(shù)組,都別忘了賦初值,即便是賦零值也不可省略,不要嫌麻煩。毛病出在函數(shù)GetMemory中。編譯器總是要為函數(shù)的每個(gè)參數(shù)制作臨時(shí)副本,指針參數(shù)p的副本是 _p,編譯器使。
如果函數(shù)體內(nèi)的程序修改了_p的內(nèi)容,就導(dǎo)致參數(shù)p的內(nèi)容作相應(yīng)的修改。這就是指針可以用作輸出參數(shù)的原因。在本例中,_p申請(qǐng)了新的內(nèi)存,只是把_p所指的內(nèi)存地址改變了,但是p絲毫未變。所以函數(shù)GetMemory并不能輸出任何東西。事實(shí)上,每執(zhí)行一次GetMemory就會(huì)泄露一塊內(nèi)存,因?yàn)闆]有用free釋放內(nèi)存。
對(duì)于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的對(duì)象而言,光用maloc/free無法滿足動(dòng)態(tài)對(duì)象的要求。對(duì)象在創(chuàng)建的同時(shí)要自動(dòng)執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)。對(duì)象在消亡之前要自動(dòng)執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)。由于malloc/free是庫(kù)函數(shù)而不是運(yùn)算符,不在編譯器控制權(quán)限之內(nèi),不能夠把執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的任務(wù)強(qiáng)加于malloc/free。
類Obj的函數(shù)Initialize模擬了構(gòu)造函數(shù)的功能,函數(shù)Destroy模擬了析構(gòu)函數(shù)的功能。函數(shù)UseMallocFree中,由于malloc/free不能執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù),必須調(diào)用成員函數(shù)Initialize和Destroy來完成初始化與清除工作。函數(shù)UseNewDelete則簡(jiǎn)單得多。
所以我們不要企圖用malloc/free來完成動(dòng)態(tài)對(duì)象的內(nèi)存管理,應(yīng)該用new/delete。由于內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的“對(duì)象”沒有構(gòu)造與析構(gòu)的過程,對(duì)它們而言malloc/free和new/delete是等價(jià)的。
既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free,為什么C++程序不把malloc/free淘汰出局呢?這是因?yàn)?FONT>C++程序經(jīng)常要調(diào)用C函數(shù),而C程序只能用malloc/free管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存。
如果用free釋放“new創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)對(duì)象”,那么該對(duì)象因無法執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)而可能導(dǎo)致程序出錯(cuò)。如果用delete釋放“malloc申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存”,理論上講程序不會(huì)出錯(cuò),但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對(duì)使用,malloc/free也一樣。
有一個(gè)很重要的現(xiàn)象要告訴大家。對(duì)于32位以上的應(yīng)用程序而言,無論怎樣使用malloc與new,幾乎不可能導(dǎo)致“內(nèi)存耗盡”。我在Windows 98下用Visual C++編寫了測(cè)試程序,見示例7-9。這個(gè)程序會(huì)無休止地運(yùn)行下去,根本不會(huì)終止。因?yàn)?2位操作系統(tǒng)支持“虛存”,內(nèi)存用完了,自動(dòng)用硬盤空間頂替。我只聽到硬盤嘎吱嘎吱地響,Window 98已經(jīng)累得對(duì)鍵盤、鼠標(biāo)毫無反應(yīng)。#t#
我可以得出這么一個(gè)結(jié)論:對(duì)于32位以上的應(yīng)用程序,“內(nèi)存耗盡”錯(cuò)誤處理程序毫無用處。這下可把Unix和Windows程序員們樂壞了:反正錯(cuò)誤處理程序不起作用,我就不寫了,省了很多麻煩。