C語言之內存使用

Hugo801122

這里我和大家一起探討c語言的內存使用。
　　曾經有同行寫了一個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會是什么數值？
　　結果是不確定，唯一能確定的是結果不會是我們想要的 “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，同時其作用范圍也僅限于所在的函數中。此時當itoa()函數返回時，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題呢，別擔心，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()函數內部用malloc() 為指針分配內存，同時將結果存放到里面，最后將retbuf返回給調用者。因為此時retbuf分配于堆（heap）中，其對應空間不會隨著函數返回而釋放，所以能達到我們的目的。
　　不過這里需要注意：調用者在不需要retbuf的時候必須人工把它釋放，調用free函數來回收空間，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人所寫則問題不大，否則將比較容易會疏漏此釋放內存的動作。
　　2)、在itoa()函數內部定義靜態變量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，該地方的內容是不會因函數返回而被回收的。
　　這種辦法雖然能解決問題，不過它也導致了函數變成了一個不可重入函數（即不能保證相同的輸入肯定有相同的輸出）。同時， retbuf [] 中的內容會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，同時也規避了方法2對內存分配釋放的影響，是業內一種比較通用流行的做法。
　　擴展分析：
　　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，下來我們對內存做個簡單的分析：


　　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/靜態變量，在整個軟件執行過程中有效；
　　.data - 已初始化全局/靜態變量，在整個軟件執行過程中有效；
　　.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。
　　這其實是一個內存分配和釋放的基本原則，比方說上面的第二種方法，由itoa()分配的內存，卻由調用者釋放，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存區的指針，也就是野指針，也包括空指針。


問題：內存分配 & 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 是無法知道的。換言之，malloc分配的內存是無法向內存管理模塊進行事后查詢的，當然你是可以自己編寫代碼來管理維護。


　　問題：棧內存使用


　　下面的程序運行會有什么問題？


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 的內容是垃圾
　　cout<< str << endl;
}


　　答案與分析：


　　返回棧內存，內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記成可被系統使用，因此會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，特殊時候是有用的，比如，可以用來探測系統內存分配規律等。


　　問題：內存使用相關編程規范


　　如果想盡可能地避免內存使用上的問題，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，當今各個大公司都有自己的編碼規范，這些規范凝聚了許多的經驗教訓，有較高的使用價值，考慮到這些規范在網上流傳很多，這里我就不再列舉了，感興趣的，推薦參考林銳的《高質量C/C++編程指南》。

云峰

是想闡述函數調用過程么？

Hugo801122

云峰 發表于 2014-4-28 17:45
是想闡述函數調用過程么？

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！！！！！！！！！我自己好好學習！！！！！！！！！！！！！！

云峰

Hugo801122 發表于 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。

但函數的調用過程不就是堆棧的使用過程么