C高级编程精髓之内存管理，万千码农踩过的雷，大神带你走出雷区

7.3.2 内容复制与比较

不能对数组名进行直接复制与比较。示例 7-3-2 中，若想把数组 a 的内容复制给数

组 b，不能用语句 b = a ，否则将产生编译错误。应该用标准库函数 strcpy 进行复制。

同理，比较 b 和 a 的内容是否相同，不能用 if(b==a) 来判断，应该用标准库函数 strcmp

进行比较。

语句 p = a 并不能把 a 的内容复制指针 p，而是把 a 的地址赋给了 p。要想复制 a

的内容，可以先用库函数 malloc 为 p 申请一块容量为 strlen(a)+1 个字符的内存，再

用 strcpy 进行字符串复制。同理，语句 if(p==a) 比较的不是内容而是地址，应该用库

函数 strcmp 来比较。

7.3.3 计算内存容量

用运算符 sizeof 可以计算出数组的容量（字节数）。示例 7-3-3（a）中，sizeof(a)

的值是 12（注意别忘了’\0’）。指针 p 指向 a，但是 sizeof(p)的值却是 4。这是因为

sizeof(p)得到的是一个指针变量的字节数，相当于 sizeof(char*)，而不是 p 所指的内

存容量。C++/C 语言没有办法知道指针所指的内存容量，除非在申请内存时记住它。

注意当数组作为函数的参数进行传递时，该数组自动退化为同类型的指针。示例

7-3-3（b）中，不论数组 a 的容量是多少，sizeof(a)始终等于 sizeof(char *)。

7.4 指针参数是如何传递内存的？

如果函数的参数是一个指针，不要指望用该指针去申请动态内存。示例 7-4-1 中，

Test 函数的语句 GetMemory(str, 200)并没有使 str 获得期望的内存，str 依旧是 NULL，

为什么？

毛病出在函数 GetMemory 中。编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，指针

参数 p 的副本是 _p，编译器使 _p = p。如果函数体内的程序修改了_p 的内容，就导致

参数 p 的内容作相应的修改。这就是指针可以用作输出参数的原因。在本例中，_p 申请

了新的内存，只是把_p 所指的内存地址改变了，但是 p 丝毫未变。所以函数 GetMemory

并不能输出任何东西。事实上，每执行一次 GetMemory 就会泄露一块内存，因为没有用

free 释放内存。

如果非得要用指针参数去申请内存，那么应该改用“指向指针的指针”，见示例 7-4-2。

由于“指向指针的指针”这个概念不容易理解，我们可以用函数返回值来传递动态

内存。这种方法更加简单，见示例 7-4-3。

用函数返回值来传递动态内存这种方法虽然好用，但是常常有人把 return 语句用错

了。这里强调不要用 return 语句返回指向“栈内存”的指针，因为该内存在函数结束时

自动消亡，见示例 7-4-4。

函数 Test5 运行虽然不会出错，但是函数 GetString2 的设计概念却是错误的。因

为 GetString2 内的“hello world”是常量字符串，位于静态存储区，它在程序生命期

内恒定不变。无论什么时候调用 GetString2，它返回的始终是同一个“只读”的内存块。

7.5 free 和 delete 把指针怎么啦？

别看 free 和 delete 的名字恶狠狠的（尤其是 delete），它们只是把指针所指的内存给

释放掉，但并没有把指针本身干掉。

用调试器跟踪示例 7-5，发现指针 p 被 free 以后其地址仍然不变（非 NULL），只是

该地址对应的内存是垃圾，p 成了“野指针”。如果此时不把 p 设置为 NULL，会让人误

以为 p 是个合法的指针。

如果程序比较长，我们有时记不住 p 所指的内存是否已经被释放，在继续使用 p 之

前，通常会用语句 if (p != NULL)进行防错处理。很遗憾，此时 if 语句起不到防错作

用，因为即便 p 不是 NULL 指针，它也不指向合法的内存块。

7.6 动态内存会被自动释放吗？

函数体内的局部变量在函数结束时自动消亡。很多人误以为示例 7-6 是正确的。理

由是 p 是局部的指针变量，它消亡的时候会让它所指的动态内存一起完蛋。这是错觉！

我们发现指针有一些“似是而非”的特征：

（1）指针消亡了，并不表示它所指的内存会被自动释放。

（2）内存被释放了，并不表示指针会消亡或者成了 NULL 指针。

这表明释放内存并不是一件可以草率对待的事。也许有人不服气，一定要找出可以草率行事的理由：

如果程序终止了运行，一切指针都会消亡，动态内存会被操作系统回收。既然如此，在程序临终前，就可以不必释放内存、不必将指针设置为 NULL 了。终于可以偷懒而不

会发生错误了吧？

想得美。如果别人把那段程序取出来用到其它地方怎么办？

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 语句对它不起作用。

“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，它

的缺省值是随机的，它会乱指一气。所以，指针变量在创建的同时应当被初始化，要么

将指针设置为 NULL，要么让它指向合法的内存。例如

char *p = NULL;

char *str = (char *) malloc(100);

（2）指针 p 被 free 或者 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，示例程序如下：

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 已经消失，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序时居然没有出错，这可能与编译器有关。

7.8 有了 malloc/free 为什么还要 new/delete ？

malloc 与 free 是 C++/C 语言的标准库函数，new/delete 是 C++的运算符。它们都可

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要求。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，以及一个

能完成清理与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。

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 不能执行构造函数与析构函数，必须调用

成员函数 Initialize 和 Destroy 来完成初始化与清除工作。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”没有构造与析构的过程，对它们而言 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++程序经常要调用 C 函数，而 C 程序只能用 malloc/free 管理动

态内存。

如果用 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

导致程序出错。如果用 delete 释放“malloc 申请的动态内存”，理论上讲程序不会出错，

但是该程序的可读性很差。所以 new/delete 必须配对使用，malloc/free 也一样。

7.9 内存耗尽怎么办？

如果在申请动态内存时找不到足够大的内存块，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，如果是则马上用 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，如果是则马上用 exit(1)终止整个程序的运行。例如：

void Func(void)

{

A *a = new A;

if(a == NULL)

{

cout << “Memory Exhausted” << endl;

exit(1);

}

…

}

（3）为 new 和 malloc 设置异常处理函数。例如 Visual C++可以用_set_new_hander 函数为 new 设置用户自己定义的异常处理函数，也可以让 malloc 享用与 new 相同的异常处理函数。详细内容请参考 C++使用手册。

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

不行。如果发生“内存耗尽”这样的事情，一般说来应用程序已经无药可救。如果

不用 exit(1) 把坏程序杀死，它可能会害死操作系统。道理如同：如果不把歹徒击毙，

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 位以上的应用程序而言，无论怎样使用

malloc 与 new，几乎不可能导致“内存耗尽”。我在 Windows 98 下用 Visual C++编写了

测试程序，见示例 7-9。这个程序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 已经累得对键盘、鼠标毫无反应。

我可以得出这么一个结论：对于 32 位以上的应用程序，“内存耗尽”错误处理程序

毫无用处。这下可把 Unix 和 Windows 程序员们乐坏了：反正错误处理程序不起作用，

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序的质量很差，千万不可因小

失大。

7.10 malloc/free 的使用要点

函数 malloc 的原型如下：

void * malloc(size_t size);

用 malloc 申请一块长度为 length 的整数类型的内存，程序如下：

int *p = (int *) malloc(sizeof(int) * length);

我们应当把注意力集中在两个要素上：“类型转换”和“sizeof”。

? malloc 返回值的类型是 void *，所以在调用 malloc 时要显式地进行类型转换，将

void * 转换成所需要的指针类型。

? malloc 函数本身并不识别要申请的内存是什么类型，它只关心内存的总字节数。我

们通常记不住 int, float 等数据类型的变量的确切字节数。例如 int 变量在 16 位系统

下是 2 个字节，在 32 位下是 4 个字节；而 float 变量在 16 位系统下是 4 个字节，在

32 位下也是 4 个字节。最好用以下程序作一次测试：

cout << sizeof(char) << endl;

cout << sizeof(int) << endl;

cout << sizeof(unsigned int) << endl;

cout << sizeof(long) << endl;

cout << sizeof(unsigned long) << endl;

cout << sizeof(float) << endl;

cout << sizeof(double) << endl;

cout << sizeof(void *) << endl;

在 malloc 的“()”中使用 sizeof 运算符是良好的风格，但要当心有时我们会昏了

头，写出 p = malloc(sizeof(p))这样的程序来。

? 函数 free 的原型如下：

void free( void * memblock );

为什么 free 函数不象 malloc 函数那样复杂呢？这是因为指针 p 的类型以及它所指

的内存的容量事先都是知道的，语句 free(p)能正确地释放内存。如果 p 是 NULL 指针，

那么 free 对 p 无论操作多少次都不会出问题。如果 p 不是 NULL 指针，那么 free 对 p

连续操作两次就会导致程序运行错误。

7.11 new/delete 的使用要点

运算符 new 使用起来要比函数 malloc 简单得多，例如：

int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

int *p2 = new int[length];

这是因为 new 内置了 sizeof、类型转换和类型安全检查功能。对于非内部数据类型

的对象而言，new 在创建动态对象的同时完成了初始化工作。如果对象有多个构造函数，

那么 new 的语句也可以有多种形式。例如

class Obj

{

public :

Obj(void); // 无参数的构造函数

Obj(int x); // 带一个参数的构造函数

…

}

void Test(void)

{

Obj *a = new Obj;

Obj *b = new Obj(1); // 初值为 1

…

delete a;

delete b;

}

如果用 new 创建对象数组，那么只能使用对象的无参数构造函数。例如

Obj *objects = new Obj[100]; // 创建 100 个动态对象

不能写成

Obj *objects = new Obj[100](1);// 创建 100 个动态对象的同时赋初值 1

在用 delete 释放对象数组时，留意不要丢了符号‘[]’。例如

delete []objects; // 正确的用法

delete objects; // 错误的用法

后者相当于 delete objects[0]，漏掉了另外 99 个对象。

7.12 一些心得体会

我认识不少技术不错的 C++/C 程序员，很少有人能拍拍胸脯说通晓指针与内存管理（包括我自己）。我最初学习 C 语言时特别怕指针，导致我开发第一个应用软件（约 1万行 C 代码）时没有使用一个指针，全用数组来顶替指针，实在蠢笨得过分。躲避指针不是办法，后来我改写了这个软件，代码量缩小到原先的一半。

我的经验教训是：

（1）越是怕指针，就越要使用指针。不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。

（2）必须养成“使用调试器逐步跟踪程序”的习惯，只有这样才能发现问题的本质。