1.3指針與內存管理
利用指針你可以將數據寫入內存中的任意位置，但是，一旦你的程序中有一個野指針（"wild“pointer），即指向一個錯誤位置的指針，你的數據就危險了—存放在堆中的數據可能會被破壞，用來管理堆的數據結構也可能會被破壞，甚至操作系統的數據也可能會被修改，有時，上述三種破壞情況會同時發生。所以合理的正確的分配指針的地址是非常重要的。
1.3.1內存分配的方式
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，以下我們重點講解動態內存分配。
1.3.2 malloc/free 的使用要點
malloc與free是C/C++語言的標准庫函數，它用於申請動態內存和釋放內存。
函數malloc的原型如下：
void * malloc（size_t size）；
用malloc申請一塊長度為length的整數類型的內存，程序如下：
int *ip = （int *） malloc（sizeof（int） * length）；
我們應當把注意力集中在兩個要素上：“類型轉換”和“sizeof”。
malloc函數返回值的類型是void *，所以在調用malloc時要顯式地進行類型轉換，將void * 轉換成所需要的指針類型。
malloc函數本身並不識別要申請的內存是什麼類型，它只關心內存的總字節數。例如int變量在16位系統下是2個字節，在32位下是4個字節；而float變量在16位系統下是4個字節，在32位下也是4個字節。這個你可以用sizeof（類型）去測試。
在malloc的“（）”中使用sizeof運算符是良好的風格，但要當心有時我們會昏了頭，寫出 ip = malloc（sizeof（ip））這樣的程序來。
函數free的原型如下：
void free（ void * memblock ）；
為什麼free函數不象malloc函數那樣復雜呢？這是因為指針p的類型以及它所指的內存的容量事先都是知道的，語句free（p）能正確地釋放內存。如果p是NULL指針，那麼free對p無論操作多少次都不會出問題。如果p不是NULL指針，那麼free對p連續操作兩次就會導致程序運行錯誤。
1.3.3 new/delete 的使用要點
對於非內部數據類型的對象而言，光用maloc/free無法滿足動態對象的要求。對象在創建的同時要自動執行構造函數，對象在消亡之前要自動執行析構函數。由於malloc/free是庫函數而不是運算符，不在編譯器控制權限之內，不能夠把執行構造函數和析構函數的任務強加於malloc/free.
因此C++語言需要一個能完成動態內存分配和初始化工作的運算符new，以及一個能完成清理與釋放內存工作的運算符delete.注意new/delete不是庫函數，只是C++的運算符。我們來看如下例子就知道怎麼回事了。
class Object
{
public :
Object(void){std::cout << “Initialization”<< std::endl; }
~Object(void){std::cout << “Destroy”<< std::endl; }
void Initialize(void){std:: cout << “Initialization”<< std::endl; }
void Destroy(void){ std::cout << “Destroy”<< std::endl; }
}
void UseMallocFree(void)
{
Object *ip = (Object *)malloc(sizeof(Object)); // 申請動態內存
ip->Initialize(); // 初始化
//…
ip->Destroy(); // 清除工作
free(ip); // 釋放內存
}
void UseNewDelete(void)
{
Object *ip = new Object; // 申請動態內存並且初始化
//…
Delete ip; // 清除並且釋放內存
}
用malloc/free和new/delete如何實現對象的動態內存管理
類Object的函數Initialize模擬了構造函數的功能，函數Destroy模擬了析構函數的功能。函數UseMallocFree中，由於malloc/free不能執行構造函數與析構函數，必須調用成員函數Initialize和Destroy來完成初始化與清除工作。函數UseNewDelete則簡單得多。
所以我們不要企圖用malloc/free來完成動態對象的內存管理，應該用new/delete.由於內部數據類型的“對象”沒有構造與析構的過程，對它們而言malloc/free和new/delete是等價的。new內置了sizeof、類型轉換和類型安全檢查功能， ，對於非內部數據類型的對象而言，new在創建動態對象的同時完成了初始化工作。
new/delete 常使用的方法如下：
typeof *ip = new typeof[length]；
類/結構 *ip = new 類結構；
一般釋放如下：delete ip；
數組的釋放如下：delete [] ip；
1.3.4內存耗盡怎麼辦？
如果在申請動態內存時找不到足夠大的內存塊，malloc和new將返回NULL指針，宣告內存申請失敗。通常有三種方式處理“內存耗盡”問題。
（1）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用return語句終止本函數。例如：
void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
return;
}
…
}
（2）判斷指針是否為NULL，如果是則馬上用exit（1）終止整個程序的運行。例如：
void Func(void)
{
A *a = new A;
if(a == NULL)
{
std::cout << “Memory Exhausted” << std::endl;
exit(1);
}
…
}
（3）為new和malloc設置異常處理函數。例如Visual C++可以用_set_new_hander函數為new設置用戶自己定義的異常處理函數，也可以讓malloc享用與new相同的異常處理函數。詳細內容請參考C++使用手冊。
有一個很重要的現象要告訴大家。對於32位以上的應用程序而言，無論怎樣使用malloc與new，幾乎不可能導致“內存耗盡”。因為32位操作系統支持“虛存”，內存用完了，自動用硬盤空間頂替。我不想誤導讀者，必須強調：不加錯誤處理將導致程序的質量很差，千萬不可因小失大。
1.3. 5杜絕“野指針”
“野指針”不是NULL指針，是指向“垃圾”內存的指針。人們一般不會錯用NULL指針，因為用if語句很容易判斷。但是“野指針”是很危險的，if語句對它不起作用。 “野指針”的原因主要有如下幾種：
（1）指針變量沒有被初始化。任何指針變量剛被創建時不會自動成為NULL指針，它的缺省值是隨機的，它會亂指一氣。所以，指針變量在創建的同時應當被初始化，要麼將指針設置為NULL，要麼讓它指向合法的內存。例如
char *ip = NULL；
char *ip = new char；
（2）指針ip被free或者delete之後，沒有置為NULL，讓人誤以為ip是個合法的指針。
（3）指針操作超越了變量的作用范圍。這種情況讓人防不勝防，示例程序如下：
class A
{
public:
void Func(void){ std::cout << “Func of class A” << std::endl; }
};
void Test(void)
{
A *p;
{
A a;
p = &a; // 注意 a 的生命期
}
p->Func(); // p是“野指針”
}
函數Test在執行語句p->Func（）時，對象a已經消失，而p是指向a的，所以p就成了“野指針”。但奇怪的是有些編譯器運行這個程序時居然沒有出錯，這可能與編譯器有關。
1.3.6指針參數是如何傳遞內存的？
如果函數的參數是一個指針，不要指望用該指針去申請動態內存。見如下例子：
void GetMemory(char *ip, int num)
{
ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str, 100); // str 仍然為 NULL
strcpy(str, "hello"); // 運行錯誤
}
試圖用指針參數申請動態內存
毛病出在函數GetMemory中。編譯器總是要為函數的每個參數制作臨時副本，指針參數ip的副本是 _ip，編譯器使 _ip = ip.如果函數體內的程序修改了_ip的內容，就導致參數ip的內容作相應的修改。這就是指針可以用作輸出參數的原因。在本例中，_ip申請了新的內存，只是把_ip所指的內存地址改變了，但是ip絲毫未變。所以函數GetMemory並不能輸出任何東西。事實上，每執行一次GetMemory就會洩露一塊內存，因為沒有用free釋放內存。
如果非得要用指針參數去申請內存，那麼應該改用“指向指針的指針”，見如下示例：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100); // 注意參數是 &str，而不是str
strcpy(str, "hello");
std::cout<< str << std::endl;
free(str);
}
用指向指針的指針申請動態內存
當然，我們也可以用函數返回值來傳遞動態內存。這種方法更加簡單，見如下示例：
char *GetMemory(int num)
{
char *ip = (char *)malloc(sizeof(char) * num);
return ip;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory(100);
strcpy(str, "hello");
std::cout<< str << std::endl;
free(str);
}
用函數返回值來傳遞動態內存
用函數返回值來傳遞動態內存這種方法雖然好用，但是常常有人把return語句用錯了。這裡強調不要用return語句返回指向“棧內存”的指針，因為該內存在函數結束時自動消亡，見如下示例：
char *GetString(void)
{
char p[] = "hello world";
return p; // 編譯器將提出警告
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetString(); // str 的內容是垃圾
std::cout<< str << std::endl;
}
return語句返回指向“棧內存”的指針
最後，根據以上闡述，我們總結如下使用規則供大家參考：
【規則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。
【規則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。
【規則3】避免數組或指針的下標越界，特別要當心發生“多1”或者“少1”操作。
【規則4】動態內存的申請與釋放必須配對，防止內存洩漏。
【規則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”。
