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標(biāo)題: C語言之內(nèi)存使用 [打印本頁]

作者: Hugo801122 時間: 2014-4-27 02:35
標(biāo)題: C語言之內(nèi)存使用
這里我和大家一起探討c語言的內(nèi)存使用。
　　曾經(jīng)有同行寫了一個把整數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串的函數(shù)：
char *itoa (int n)
{
　　char retbuf[20];
　　sprintf(retbuf, "%d", n);
　　return retbuf;
}
　　倘若我調(diào)用該函數(shù)：char *str5 = itoa(5)，str5會是什么數(shù)值？
　　結(jié)果是不確定，唯一能確定的是結(jié)果不會是我們想要的 “5”。
為何呢？因?yàn)閞etbuf定義在函數(shù)體中，它是局部變量，局部變量的內(nèi)存空間位于堆棧（stack）中，同時其作用范圍也僅限于所在的函數(shù)中。此時當(dāng)itoa()函數(shù)返回時，retbuf在堆棧中的內(nèi)容將被回收，這塊內(nèi)存地址將可能被存放別的內(nèi)容。所以把局部變量返回給函數(shù)調(diào)用者是欠妥的，也是不應(yīng)該的做法。
　　這樣我們該如何解決問題呢，別擔(dān)心，方法有很多且不止一個，下面就來闡述三種能解決這個問題的方法：
　　1)、在itoa()函數(shù)內(nèi)部用malloc() 為指針分配內(nèi)存，同時將結(jié)果存放到里面，最后將retbuf返回給調(diào)用者。因?yàn)榇藭rretbuf分配于堆（heap）中，其對應(yīng)空間不會隨著函數(shù)返回而釋放，所以能達(dá)到我們的目的。
　　不過這里需要注意：調(diào)用者在不需要retbuf的時候必須人工把它釋放，調(diào)用free函數(shù)來回收空間，否則就造成內(nèi)存泄漏了。倘若該函數(shù)和調(diào)用函數(shù)的都是同一個人所寫則問題不大，否則將比較容易會疏漏此釋放內(nèi)存的動作。
　　2)、在itoa()函數(shù)內(nèi)部定義靜態(tài)變量static char retbuf[20]，這同樣能保證函數(shù)返回后retbuf的空間不被回收，這是因?yàn)殪o態(tài)變量并不是存放在堆棧中，而是存放在一個叫“.bss”段的地方，該地方的內(nèi)容是不會因函數(shù)返回而被回收的。
　　這種辦法雖然能解決問題，不過它也導(dǎo)致了函數(shù)變成了一個不可重入函數(shù)（即不能保證相同的輸入肯定有相同的輸出）。同時， retbuf [] 中的內(nèi)容會被函數(shù)的下一次調(diào)用結(jié)果所代替，該辦法不值得推薦。
　　3)、使用指針參數(shù)，將函數(shù)定義為char *itoa（int n， char *retbuf），并且retbuf由函數(shù)調(diào)用者申請和釋放，這時候itoa()只是將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到retbuf。
　　很明顯這種方法比第一、二種方法強(qiáng)，首先避免了方法1對函數(shù)的影響，同時也規(guī)避了方法2對內(nèi)存分配釋放的影響，是業(yè)內(nèi)一種比較通用流行的做法。
　　擴(kuò)展分析：
　　如果就該問題本身而言，想必大家都可以迅速想到答案，問題關(guān)鍵就在對memory這類敏感資源的正確和合理地利用，下來我們對內(nèi)存做個簡單的分析：

　　1)、程序中分為不同的內(nèi)存段，包含：
　　.heap - 堆，由程序顯式分配和收回，如果不收回就是內(nèi)存泄漏。
　　.bss - 未初始化全局/靜態(tài)變量，在整個軟件執(zhí)行過程中有效；
　　.data - 已初始化全局/靜態(tài)變量，在整個軟件執(zhí)行過程中有效；
　　.stack - 函數(shù)調(diào)用棧，其中的內(nèi)容在函數(shù)執(zhí)行期間有效，并由編譯器負(fù)責(zé)分配和收回；
　　2)、自己管理的內(nèi)存盡量自己申請和釋放。
　　這其實(shí)是一個內(nèi)存分配和釋放的基本原則，比方說上面的第二種方法，由itoa()分配的內(nèi)存，卻由調(diào)用者釋放，就不是一個十分好的做法，它明顯不如第三種，由調(diào)用者自己申請和釋放。此外該原則還有另一層意思：若使用一個指針，最好先確保它已經(jīng)指向一個合法地址，否則就自己分配，不然即非法地址訪問。許多程序的致命錯誤都是訪問一個沒有指向合法內(nèi)存區(qū)的指針，也就是野指針，也包括空指針。

問題：內(nèi)存分配 & sizeof
　　如果使用sizeof來計算一個指針變量，希望得到這個指針變量所分配的內(nèi)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(jié)果是達(dá)不到你的要求的，sizeof只能告訴你指針變量本身占用的內(nèi)存大小。指針?biāo)赶虻膬?nèi)存，如果是malloc分配的，sizeof 是無法知道的。換言之，malloc分配的內(nèi)存是無法向內(nèi)存管理模塊進(jìn)行事后查詢的，當(dāng)然你是可以自己編寫代碼來管理維護(hù)。

　　問題：棧內(nèi)存使用

　　下面的程序運(yùn)行會有什么問題？

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(nèi)容是垃圾
　　cout<< str << endl;
}

　　答案與分析：

　　返回棧內(nèi)存，內(nèi)存可能被銷毀也可能不被及時銷毀，但可以肯定的是出了作用域之后已被標(biāo)記成可被系統(tǒng)使用，因此會返回亂七八糟不可知內(nèi)容。當(dāng)然，返回的指針的內(nèi)容，應(yīng)該是不變的，特殊時候是有用的，比如，可以用來探測系統(tǒng)內(nèi)存分配規(guī)律等。

　　問題：內(nèi)存使用相關(guān)編程規(guī)范

　　如果想盡可能地避免內(nèi)存使用上的問題，有什么捷徑嗎？

　　答案與分析：

　　除非做一件從沒有人做過的事情，不然都是有捷徑可言的，答案那就是站在前人的肩膀上，當(dāng)今各個大公司都有自己的編碼規(guī)范，這些規(guī)范凝聚了許多的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有較高的使用價值，考慮到這些規(guī)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》。

作者: 云峰 時間: 2014-4-28 17:45
是想闡述函數(shù)調(diào)用過程么？

作者: Hugo801122 時間: 2014-4-30 02:39

云峰發(fā)表于 2014-4-28 17:45
是想闡述函數(shù)調(diào)用過程么？

不是，這里是將內(nèi)存的使用，比如堆棧和堆的區(qū)別。

作者: spy007868 時間: 2014-5-4 09:00
復(fù)制下來！�。。。。。。。∥易约汉煤脤W(xué)習(xí)�。。。。。。。。。。。。�！

謝謝.jpg (8.65 KB)

作者: 云峰 時間: 2014-5-4 20:46

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

但函數(shù)的調(diào)用過程不就是堆棧的使用過程么

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