第7章 內存治理
歡迎進入內存這片雷區。偉大的Bill Gates 曾經失言：
640K ought to be enough for everybody
— Bill Gates 1981
程序員們經常編寫內存治理程序，往往提心吊膽。假如不想觸雷，唯一的解決辦法就是發現所有潛伏的地雷並且排除它們，躲是躲不了的。本章的內容比一般教科書的要深入得多，讀者需細心閱讀，做到真正地通曉內存治理。
7.1內存分配方式
內存分配方式有三種：
（1） 從靜態存儲區域分配。內存在程序編譯的時候就已經分配好，這塊內存在程序的整個運行期間都存在。例如全局變量，static變量。
（2） 在棧上創建。在執行函數時，函數內局部變量的存儲單元都可以在棧上創建，函數執行結束時這些存儲單元自動被釋放。棧內存分配運算內置於處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內存容量有限。
（3） 從堆上分配，亦稱動態內存分配。程序在運行的時候用malloc或new申請任意多少的內存，程序員自己負責在何時用free或delete釋放內存。動態內存的生存期由我們決定，使用非常靈活，但問題也最多。
7.2常見的內存錯誤及其對策
發生內存錯誤是件非常麻煩的事情。編譯器不能自動發現這些錯誤，通常是在程序運行時才能捕捉到。而這些錯誤大多沒有明顯的症狀，時隱時現，增加了改錯的難度。有時用戶怒氣沖沖地把你找來，程序卻沒有發生任何問題，你一走，錯誤又發作了。
常見的內存錯誤及其對策如下：
u 內存分配未成功，卻使用了它。
編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是，在使用內存之前檢查指針是否為NULL。假如指針p是函數的參數，那麼在函數的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。假如是用malloc或new來申請內存，應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。
u 內存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它。
犯這種錯誤主要有兩個起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內存的缺省初值全為零，導致引用初值錯誤（例如數組）。
內存的缺省初值究竟是什麼並沒有統一的標准，盡管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組，都別忘了賦初值，即便是賦零值也不可省略，不要嫌麻煩。
u 內存分配成功並且已經初始化，但操作越過了內存的邊界。
例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。非凡是在for循環語句中，循環次數很輕易搞錯，導致數組操作越界。
u 忘記了釋放內存，造成內存洩露。
含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序忽然死掉，系統出現提示：內存耗盡。
動態內存的申請與釋放必須配對，程序中malloc與free的使用次數一定要相同，否則肯定有錯誤（new/delete同理）。
u 釋放了內存卻繼續使用它。
有三種情況：
（1）程序中的對象調用關系過於復雜，實在難以搞清楚某個對象究竟是否已經釋放了內存，此時應該重新設計數據結構，從根本上解決對象治理的混亂局面。
（2）函數的return語句寫錯了，注重不要返回指向“棧內存”的“指針”或者“引用”，因為該內存在函數體結束時被自動銷毀。
（3）使用free或delete釋放了內存後，沒有將指針設置為NULL。導致產生“野指針”。
l 【規則7-2-1】用malloc或new申請內存之後，應該立即檢查指針值是否為NULL。防止使用指針值為NULL的內存。
l 【規則7-2-2】不要忘記為數組和動態內存賦初值。防止將未被初始化的內存作為右值使用。
l 【規則7-2-3】避免數組或指針的下標越界，非凡要當心發生“多1”或者“少1”操作。
l 【規則7-2-4】動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存洩漏。
l 【規則7-2-5】用free或delete釋放了內存之後，立即將指針設置為NULL，防止產生“野指針”。
7.3指針與數組的對比
C++/C程序中，指針和數組在不少地方可以相互替換著用，讓人產生一種錯覺，以為兩者是等價的。
數組要麼在靜態存儲區被創建（如全局數組），要麼在棧上被創建。數組名對應著（而不是指向）一塊內存，其地址與容量在生命期內保持不變，只有數組的內容可以改變。
指針可以隨時指向任意類型的內存塊，它的特征是“可變”，所以我們常用指針來操作動態內存。指針遠比數組靈活，但也更危險。
下面以字符串為例比較指針與數組的特性。
7.3.1 修改內容
示例7-3-1中，字符數組a的容量是6個字符，其內容為hello
