7.7 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”的成因主要有兩種：

（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，要將指針設置為NULL，要讓它指向合法的內存。例如

    char *p = NULL;

    char *str = (char *) malloc(100);

（2）指針p被free或者delete之，沒有置為NULL，讓人誤以為p是個合法的指針。參見7.5節。

（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){ cout << “Func of class A” << 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”。但奇怪的是我運行這個程序時居然沒有出錯，這可能與編譯器有關。

7.8 有了malloc/free為什還要new/delete ？

       malloc與free是C++/C語言的標準庫函數，new/delete是C++的運算符。它們都可用申請動態內存和釋放內存。

對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。

我們先看一看malloc/free和new/delete如何實現對象的動態內存管理，見示例7-8。

示例7-8 用malloc/free和new/delete如何實現對象的動態內存管理

類Obj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。

    既然new/delete的功能完全覆蓋了malloc/free，為什C++不把malloc/free淘汰出局呢？這是因為C++程序經常要調用C函數，而C程序只能用malloc/free管理動態內存。

如果用free釋放“new創建的動態對象”，那該對象因無法執行析構函數而可能導致程序出錯。如果用delete釋放“malloc申請的動態內存”，理論上講程序不會出錯，但是該程序的可讀性很差。所以new/delete必須配對使用，malloc/free也一樣。

7.9 內存耗盡怎辦？

       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)

{

    cout << “Memory Exhausted” << 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。

       上述（1）（2）方式使用最普遍。如果一個函數內有多處需要申請動態內存，那方式（1）就顯得力不從心（釋放內存很麻煩），應該用方式（2）來處理。

很多人不忍心用exit(1)，問：“不編寫出錯處理程序，讓操作系統自己解決行不行？”

       不行。如果發生“內存耗盡”這樣的事情，一般說來應用程序已經無藥可救。如果不用exit(1) 把壞程序殺死，它可能會害死操作系統。道理如同：如果不把歹徒擊斃，歹徒在老死之前會犯下更多的罪。

       有一個很重要的現象要告訴大家。對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”。我在Windows 98下用Visual C++編寫了測試程序，見示例7-9。這個程序會無休止地運行下去，根本不會終止。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。我只聽到硬盤嘎吱嘎吱地響，Window 98已經累得對鍵盤、鼠標毫無反應。

我可以得出這一個結論：對32位以上的應用程序，“內存耗盡”錯誤處理程序毫無用處。這下可把Unix和Windows程序員們樂壞了：反正錯誤處理程序不起作用，我就不寫了，省了很多麻煩。

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。

示例7-9試圖耗盡操作系統的內存

7.10 malloc/free 的使用要點

    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  *p = (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”。

u       malloc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。

u       malloc函數本身並不識別要申請的內存是什類型，它只關心內存的總字節數。我們通常記不住int, float等數據類型的變量的確切字節數。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。最好用以下程序作一次測試：

cout << sizeof(char) << endl;

cout << sizeof(int) << endl;

cout << sizeof(unsigned int) << endl;

cout << sizeof(long) << endl;

cout << sizeof(unsigned long) << endl;

cout << sizeof(float) << endl;

cout << sizeof(double) << endl;

    cout << sizeof(void *) << endl;

    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 p = malloc(sizeof(p))這樣的程序來。

u       函數free的原型如下：

void free( void * memblock );

    為什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free對p連續操作兩次就會導致程序運行錯誤。

7.11 new/delete 的使用要點

       運算符new使用起來要比函數malloc簡單得多，例如：

int  *p1 = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

int  *p2 = new int[length];

這是因為new內置了sizeof、類型轉換和類型安全檢查功能。對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。如果對象有多個構造函數，那new的語句也可以有多種形式。例如

class Obj

{

public :

    Obj(void);      // 無參數的構造函數

    Obj(int x);     // 帶一個參數的構造函數

…

}

void Test(void)

{

    Obj  *a = new Obj;

    Obj  *b = new Obj(1);    // 初值為1

    …

    delete a;

    delete b;

}

如果用new創建對象數組，那只能使用對象的無參數構造函數。例如

    Obj  *objects = new Obj[100];    // 創建100個動態對象

不能寫成

    Obj  *objects = new Obj[100](1);// 創建100個動態對象的同時賦初值1

在用delete釋放對象數組時，留意不要丟了符號‘[]’。例如

    delete []objects;    // 正確的用法

delete objects;    // 錯誤的用法

者相當delete objects[0]，漏掉了另外99個對象。

7.12 一些心得體會

我認識不少技術不錯的C++/C程序員，很少有人能拍拍胸脯說通曉指針與內存管理（包括我自己）。我最初學習C語言時特別怕指針，導致我開發第一個應用軟件（約1萬行C代碼）時沒有使用一個指針，全用數組來頂替指針，實在蠢笨得過分。躲避指針不是辦法，來我改寫了這個軟件，代碼量縮小到原先的一半。

我的經驗教訓是：

（1）越是怕指針，就越要使用指針。不會正確使用指針，肯定算不上是合格的程序員。

（2）必須養成“使用調試器逐步跟蹤程序”的習慣，只有這樣才能發現問題的本質。