C語(yǔ)言之內存使用

Hugo801122

這里我和大家一起探討c語(yǔ)言的內存使用。
　　曾經(jīng)有同行寫(xiě)了一個(gè)把整數轉換為字符串的函數：
char *itoa (int n)
{
　　char retbuf[20];
　　sprintf(retbuf, "%d", n);
　　return retbuf;
}
　　倘若我調用該函數：char *str5 = itoa(5)，str5會(huì )是什么數值？
　　結果是不確定，唯一能確定的是結果不會(huì )是我們想要的 “5”。
    為何呢？因為retbuf定義在函數體中，它是局部變量，局部變量的內存空間位于堆棧（stack）中，同時(shí)其作用范圍也僅限于所在的函數中。此時(shí)當itoa()函數返回時(shí)，retbuf在堆棧中的內容將被回收，這塊內存地址將可能被存放別的內容。所以把局部變量返回給函數調用者是欠妥的，也是不應該的做法。
　　這樣我們該如何解決問(wèn)題呢，別擔心，方法有很多且不止一個(gè)，下面就來(lái)闡述三種能解決這個(gè)問(wèn)題的方法：
　　1)、在itoa()函數內部用malloc() 為指針?lè )峙鋬却�，同時(shí)將結果存放到里面，最后將retbuf返回給調用者。因為此時(shí)retbuf分配于堆（heap）中，其對應空間不會(huì )隨著(zhù)函數返回而釋放，所以能達到我們的目的。
　　不過(guò)這里需要注意：調用者在不需要retbuf的時(shí)候必須人工把它釋放，調用free函數來(lái)回收空間，否則就造成內存泄漏了。倘若該函數和調用函數的都是同一個(gè)人所寫(xiě)則問(wèn)題不大，否則將比較容易會(huì )疏漏此釋放內存的動(dòng)作。
　　2)、在itoa()函數內部定義靜態(tài)變量static char retbuf[20]，這同樣能保證函數返回后retbuf的空間不被回收，這是因為靜態(tài)變量并不是存放在堆棧中，而是存放在一個(gè)叫“.bss”段的地方，該地方的內容是不會(huì )因函數返回而被回收的。
　　這種辦法雖然能解決問(wèn)題，不過(guò)它也導致了函數變成了一個(gè)不可重入函數（即不能保證相同的輸入肯定有相同的輸出）。同時(shí)， retbuf [] 中的內容會(huì )被函數的下一次調用結果所代替，該辦法不值得推薦。
　　3)、使用指針參數，將函數定義為char *itoa（int n， char *retbuf），并且retbuf由函數調用者申請和釋放，這時(shí)候itoa()只是將轉換結果存放到retbuf。
　　很明顯這種方法比第一、二種方法強，首先避免了方法1對函數的影響，同時(shí)也規避了方法2對內存分配釋放的影響，是業(yè)內一種比較通用流行的做法。
　　擴展分析：
　　如果就該問(wèn)題本身而言，想必大家都可以迅速想到答案，問(wèn)題關(guān)鍵就在對memory這類(lèi)敏感資源的正確和合理地利用，下來(lái)我們對內存做個(gè)簡(jiǎn)單的分析：


　　1)、程序中分為不同的內存段，包含：
　　.heap - 堆，由程序顯式分配和收回，如果不收回就是內存泄漏。
　　.bss - 未初始化全局/靜態(tài)變量，在整個(gè)軟件執行過(guò)程中有效；
　　.data - 已初始化全局/靜態(tài)變量，在整個(gè)軟件執行過(guò)程中有效；
　　.stack - 函數調用棧，其中的內容在函數執行期間有效，并由編譯器負責分配和收回；
　　2)、自己管理的內存盡量自己申請和釋放。
　　這其實(shí)是一個(gè)內存分配和釋放的基本原則，比方說(shuō)上面的第二種方法，由itoa()分配的內存，卻由調用者釋放，就不是一個(gè)十分好的做法，它明顯不如第三種，由調用者自己申請和釋放。此外該原則還有另一層意思：若使用一個(gè)指針，最好先確保它已經(jīng)指向一個(gè)合法地址，否則就自己分配，不然即非法地址訪(fǎng)問(wèn)。許多程序的致命錯誤都是訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)沒(méi)有指向合法內存區的指針，也就是野指針，也包括空指針。


問(wèn)題：內存分配 & sizeof
　　如果使用sizeof來(lái)計算一個(gè)指針變量，希望得到這個(gè)指針變量所分配的內存塊的大小，可以嗎？


char *p = NULL;
int nMemSize = 0;
…
p = malloc(1024);
nMemSize = sizeof(p);


　　答案與分析：


　　結果是達不到你的要求的，sizeof只能告訴你指針變量本身占用的內存大小。指針所指向的內存，如果是malloc分配的，sizeof 是無(wú)法知道的。換言之，malloc分配的內存是無(wú)法向內存管理模塊進(jìn)行事后查詢(xún)的，當然你是可以自己編寫(xiě)代碼來(lái)管理維護。


　　問(wèn)題：棧內存使用


　　下面的程序運行會(huì )有什么問(wèn)題？


char *GetString(void)
{
　　char p[] = "hello world";
　　return p;// 編譯器將提出警告
}


void Test4(void)
{
　　char *str = NULL;
　　str = GetString();// str 的內容是垃圾
　　cout<< str << endl;
}


　　答案與分析：


　　返回棧內存，內存可能被銷(xiāo)毀也可能不被及時(shí)銷(xiāo)毀，但可以肯定的是出了作用域之后已被標記成可被系統使用，因此會(huì )返回亂七八糟不可知內容。當然，返回的指針的內容，應該是不變的，特殊時(shí)候是有用的，比如，可以用來(lái)探測系統內存分配規律等。


　　問(wèn)題：內存使用相關(guān)編程規范


　　如果想盡可能地避免內存使用上的問(wèn)題，有什么捷徑嗎？


　　答案與分析：


　　除非做一件從沒(méi)有人做過(guò)的事情，不然都是有捷徑可言的，答案那就是站在前人的肩膀上，當今各個(gè)大公司都有自己的編碼規范，這些規范凝聚了許多的經(jīng)驗教訓，有較高的使用價(jià)值，考慮到這些規范在網(wǎng)上流傳很多，這里我就不再列舉了，感興趣的，推薦參考林銳的《高質(zhì)量C/C++編程指南》。

云峰

是想闡述函數調用過(guò)程么？

Hugo801122

云峰 發(fā)表于 2014-4-28 17:45
是想闡述函數調用過(guò)程么？

不是，這里是將內存的使用，比如堆棧和堆的區別。

spy007868

復制下來(lái)�。。。。。。。�！我自己好好學(xué)習�。。。。。。。。。。。。�！

云峰

Hugo801122 發(fā)表于 2014-4-30 02:39
不是，這里是將內存的使用，比如堆棧和堆的區別。

但函數的調用過(guò)程不就是堆棧的使用過(guò)程么