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语句对他不起作用。

“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，他的缺省值是随机的，他崧抑敢黄?Ｋ?裕?刚氡淞吭诖唇ǖ耐?庇Φ北怀跏蓟???唇?刚肱渲梦狽ULL，要么让他指向合法的内存。例如
char *p = NULL;
char *str = (char *) malloc(100);

（2）指针p被free或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，示例程式如下：
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式时居然没有出错，这可能和编译器有关。

7.8 有了malloc/free为什么还要new/delete ？
malloc和free是C /C语言的标准库函数，new/delete是C 的运算符。他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需要。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，连同一个能完成清理和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不能执行构造函数和析构函数，必须调用成员函数Initialize和Destroy来完成初始化和清除工作。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”没有构造和析构的过程，对他们而言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 程式经常要调用C函数，而C程式只能用malloc/free管理动态内存。

假如用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式出错。假如用delete释放“malloc申请的动态内存”，理论上讲程式不会出错，但是该程式的可读性很差。所以new/delete必须配对使用，malloc/free也相同。

7.9 内存耗尽怎么办？
假如在申请动态内存时很难找到足够大的内存块，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，假如是则马上用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，假如是则马上用exit(1)终止整个程式的运行。例如：
void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
cout << “Memory Exhausted” << endl;
exit(1);
}
…
}

（3）为new和malloc配置异常处理函数。例如Visual C 能够用_set_new_hander函数为new配置用户自己定义的异常处理函数，也能够让malloc享用和new相同的异常处理函数。周详内容请参考C 使用手册。

上述（1）（2）方式使用最普遍。假如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：“不编写出错处理程式，让操作系统自己解决行不行？”

不行。假如发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程式已无药可救。假如不用exit(1) 把坏程式杀死，他可能会害死操作系统。道理如同：假如不把歹徒击毙，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位以上的应用程式而言，无论怎样使用malloc和new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在Windows 98下用Visual C 编写了测试程式，见示例7-9。这个程式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已累得对键盘、鼠标毫无反应。

我能够得出这么一个结论：对于32位以上的应用程式，“内存耗尽”错误处理程式毫无用处。这下可把Unix和Windows程式员们乐坏了：反正错误处理程式不起作用，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式的质量很差，千万不可因小失大。

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