C/C++ 传递动态内存的深入理解
程序员文章站
2023-12-18 22:00:40
当你涉及到c/c++的核心编程的时候，你会无止境地与内存管理打交道。这些往往会使人受尽折磨。所以如果你想深入c/c++编程，你必须静下心来，好好苦一番。现在我们将讨论c/c...
当你涉及到c/c++的核心编程的时候，你会无止境地与内存管理打交道。这些往往会使人受尽折磨。所以如果你想深入c/c++编程，你必须静下心来，好好苦一番。
现在我们将讨论c/c++里我认为哪一本书都没有完全说清楚，也是涉及概念细节最多，语言中最难的技术之一的动态内存的传递。并且在软件开发中很多专业人员并不能写出相关的合格的代码。
【引入】 看下面的例子，这是我们在编写库函数或者项目内的共同函数经常希望的。
void myfunc（char *preturn, size_t size）
{
……
preturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}
我们可以很明显地看出代码作者的意图，他想在函数调用处声明一个指针
char *pmyreturn=null;
然后调用myfunc处理并返回一段长度为size的一段动态内存。
那么作者能达到预期的效果吗？
那么我可以告诉作者，他的程序在编译期很幸运地通过了，可是在运行期他的程序崩溃终止。
原因何在，是他触犯了系统不可侵犯的条款：错误地操作内存。
【内存操作及问题相关知识点】为了能彻底解决动态内存传递的问题，我们先回顾一下内存管理的知识要点。
（1）内存分配方式有三种：
●从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
●在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
●从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活。
（2）指针的操作流程
申请并初始化或设置为空：int *pint=null;
开辟空间或者使其指向对象：pint=new int（3）；或者int i=3;pint=&i;
用指针（更确切地说是操作内存，在使用之前加if（pint!=null）或者assert（pint!=null）后再使用，以防内存申请失败的情况下使用指针）：
if（p!=null） {use pint};
释放使用完的内存。free（pint）；
置指针为空pint=null;（避免野指针的出现）
（3） 在函数的参数传递中，编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，如果参数为p的话，那么编译器会产生p的副本_p,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。
【问题分析】
根据上面的规则我们可以很容易分析例子中失败的原因。
void myfunc（char *preturn, size_t size）
{
……
preturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}
void main（void）{
char *pmyreturn=null;
myfunc（pmyreturn,10）；
}
在myfunc（char *preturn, size_t size）中_pmyreturn真实地申请到了内存， _pmyreturn申请了新的内存，只是把_pmyreturn 所指的内存地址改变了，但是pmyreturn丝毫未变。所以函数myfunc并不能输出任何东西。事实上，每执行一次myfunc就会泄露一块内存，因 为没有用free释放内存。
【问题解决方案】
函数间传递动态数据我们可以有三种解决方法。
方法一。如果我们是用c++编程，我们可以很方便地利用引用这个技术。我也极力推荐你用引用，因为它会使你少犯一些错误。以下是一个例子。
void myfunc（char* &preturn,size_t size）{
preturn=（char*）malloc（size）；
memset（preturn,0x00,size）；
if（size>=13）
strcpy（preturn,"hello world!"）；
}
void main（）{
char *pmyreturn=null;
myfunc（pmyreturn,15）；
if（pmyreturn!=null）
{
char *ptemp=pmyreturn;
while（*ptemp!=''\0''）
cout《*ptemp++;
ptemp=null;
strcpy（pmyreturn,"aaaaaaaa"）；
free（pmyreturn）；
pmyreturn=null;
}
}
方法二。利用二级指针
void myfunc （char ** preturn, size_t size）
{
* preturn = （char *）malloc（size）；
}
void main（void）
{
char * pmyreturn = null;
myfunc （&pmyreturn, 100）；// 注意参数是 & pmyreturn
if（pmyreturn!=null）{
strcpy（pmyreturn, "hello"）；
cout《 pmyreturn 《 endl;
free（pmyreturn）；
pmyreturn=null;
}}
为什么二级指针就可以了。原因通过函数传递规则可以很容易地分析出来。我们将& pmyreturn传递了进去，就是将双重指针的内容传递到了函数中。函数过程利用改变指针的内容，这样pmyreturn很明显指向了开辟的内存 .
方法三。 用函数返回值来传递动态内存
char * myfunc （void）
{
char *p =new char[20];
memset（p,0x00,sizeof（p））；
return p;
}
void main（void）
{
char *str = null;
str = myfunc（）；
if（str!=null）
{
strcpy（str,"hello,baby"）；
cout《 str 《 endl;
free（str）；
str=null;
}
}
请注意的是函数写成这样的话
char * myfunc （void）
{
char *p =”hello world”
return p;
}
的话，你是不能返回什么动态内存的，因为p指向的是字符串常量。内存在位于静态存储区
上分配，你无法改变。（你想要得到动态内存我们一定要看到malloc或者new）。
【结束语】
操作内存是c/c++一个难点，我们作为专业的软件开发人员。应该深入理解并能灵活地掌握指针和内存的操作。
delete的时候可能需要释放多个指针的内存
free和delete的区别是
对于对象来说
free的确释放了对象的内存，但是不调用对象的析构函数，所以如果在对象中使用new分配的内存就会泄露
delete不仅释放对象的内存，并且调用对象的析构函数
new和malloc虽然都是申请内存，但申请的位置不同，new的内存从free store分配，而malloc的内存从heap分配（详情请看iso14882的内存管理部分），free store和heap很相似，都是动态内存，但是位置不同，这就是为什么new出来的内存不能通过free来释放的原因。不过微软编译器并没有很好的执行 标准，很有可能把free store和heap混淆了，因此，free有时也可以。
再补充一点：
delete时候不需要检查null
现在我们将讨论c/c++里我认为哪一本书都没有完全说清楚，也是涉及概念细节最多，语言中最难的技术之一的动态内存的传递。并且在软件开发中很多专业人员并不能写出相关的合格的代码。
【引入】 看下面的例子，这是我们在编写库函数或者项目内的共同函数经常希望的。
复制代码 代码如下:
void myfunc（char *preturn, size_t size）
{
……
preturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}
我们可以很明显地看出代码作者的意图，他想在函数调用处声明一个指针
char *pmyreturn=null;
然后调用myfunc处理并返回一段长度为size的一段动态内存。
那么作者能达到预期的效果吗？
那么我可以告诉作者，他的程序在编译期很幸运地通过了，可是在运行期他的程序崩溃终止。
原因何在，是他触犯了系统不可侵犯的条款：错误地操作内存。
【内存操作及问题相关知识点】为了能彻底解决动态内存传递的问题，我们先回顾一下内存管理的知识要点。
（1）内存分配方式有三种：
●从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static变量。
●在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。
●从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定，使用非常灵活。
（2）指针的操作流程
申请并初始化或设置为空：int *pint=null;
开辟空间或者使其指向对象：pint=new int（3）；或者int i=3;pint=&i;
用指针（更确切地说是操作内存，在使用之前加if（pint!=null）或者assert（pint!=null）后再使用，以防内存申请失败的情况下使用指针）：
if（p!=null） {use pint};
释放使用完的内存。free（pint）；
置指针为空pint=null;（避免野指针的出现）
（3） 在函数的参数传递中，编译器总是要为函数的每个参数制作临时副本，如果参数为p的话，那么编译器会产生p的副本_p,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。
【问题分析】
根据上面的规则我们可以很容易分析例子中失败的原因。
复制代码 代码如下:
void myfunc（char *preturn, size_t size）
{
……
preturn = （char *）malloc（sizeof（char） * num）；
……
}
void main（void）{
char *pmyreturn=null;
myfunc（pmyreturn,10）；
}
在myfunc（char *preturn, size_t size）中_pmyreturn真实地申请到了内存， _pmyreturn申请了新的内存，只是把_pmyreturn 所指的内存地址改变了，但是pmyreturn丝毫未变。所以函数myfunc并不能输出任何东西。事实上，每执行一次myfunc就会泄露一块内存，因 为没有用free释放内存。
【问题解决方案】
函数间传递动态数据我们可以有三种解决方法。
方法一。如果我们是用c++编程，我们可以很方便地利用引用这个技术。我也极力推荐你用引用，因为它会使你少犯一些错误。以下是一个例子。
复制代码 代码如下:
void myfunc（char* &preturn,size_t size）{
preturn=（char*）malloc（size）；
memset（preturn,0x00,size）；
if（size>=13）
strcpy（preturn,"hello world!"）；
}
void main（）{
char *pmyreturn=null;
myfunc（pmyreturn,15）；
if（pmyreturn!=null）
{
char *ptemp=pmyreturn;
while（*ptemp!=''\0''）
cout《*ptemp++;
ptemp=null;
strcpy（pmyreturn,"aaaaaaaa"）；
free（pmyreturn）；
pmyreturn=null;
}
}
方法二。利用二级指针
复制代码 代码如下:
void myfunc （char ** preturn, size_t size）
{
* preturn = （char *）malloc（size）；
}
void main（void）
{
char * pmyreturn = null;
myfunc （&pmyreturn, 100）；// 注意参数是 & pmyreturn
if（pmyreturn!=null）{
strcpy（pmyreturn, "hello"）；
cout《 pmyreturn 《 endl;
free（pmyreturn）；
pmyreturn=null;
}}
为什么二级指针就可以了。原因通过函数传递规则可以很容易地分析出来。我们将& pmyreturn传递了进去，就是将双重指针的内容传递到了函数中。函数过程利用改变指针的内容，这样pmyreturn很明显指向了开辟的内存 .
方法三。 用函数返回值来传递动态内存
复制代码 代码如下:
char * myfunc （void）
{
char *p =new char[20];
memset（p,0x00,sizeof（p））；
return p;
}
void main（void）
{
char *str = null;
str = myfunc（）；
if（str!=null）
{
strcpy（str,"hello,baby"）；
cout《 str 《 endl;
free（str）；
str=null;
}
}
请注意的是函数写成这样的话
char * myfunc （void）
{
char *p =”hello world”
return p;
}
的话，你是不能返回什么动态内存的，因为p指向的是字符串常量。内存在位于静态存储区
上分配，你无法改变。（你想要得到动态内存我们一定要看到malloc或者new）。
【结束语】
操作内存是c/c++一个难点，我们作为专业的软件开发人员。应该深入理解并能灵活地掌握指针和内存的操作。
delete的时候可能需要释放多个指针的内存
free和delete的区别是
对于对象来说
free的确释放了对象的内存，但是不调用对象的析构函数，所以如果在对象中使用new分配的内存就会泄露
delete不仅释放对象的内存，并且调用对象的析构函数
new和malloc虽然都是申请内存，但申请的位置不同，new的内存从free store分配，而malloc的内存从heap分配（详情请看iso14882的内存管理部分），free store和heap很相似，都是动态内存，但是位置不同，这就是为什么new出来的内存不能通过free来释放的原因。不过微软编译器并没有很好的执行 标准，很有可能把free store和heap混淆了，因此，free有时也可以。
再补充一点：
delete时候不需要检查null