關於c語言記憶體分配,malloc,free,和段錯誤,記憶體洩露

weixin_33686714發表於2018-02-22

1.   C語言的函式malloc和free

 (1) 函式malloc和free在標頭檔案<stdlib.h>中的原型及引數

       void * malloc(size_t size)

動態配置記憶體,大小有size決定,返回值成功時為任意型別指標,失敗時為NULL。

       void  free(void *ptr)

釋放動態申請的記憶體空間,呼叫free()後ptr所指向的記憶體空間被收回,如果ptr指向未知地方或者指向的空間已被收回,則會發生不可預知的錯誤,如果ptr為NULL,free不會有任何作用。

(2) C語言中典型用法

        T為任意資料型別

       T *p = ( T * )malloc( sizeof(T) * n)

       if(NULL= =p)

  {

       printf(“malloc fail!\n”);

       ……//相關資源收回的處理

       exit(-1);

  }

… …//此過程不能改變指標p的指向,如果改變指標指向,那麼後面free將會出錯,因為這裡free的並不是原來的p指標,而是改變後的。當然如果改變了p的指向,那麼必須再free前,將p再指回原來的位置。這樣就沒問題了。

free(p);

p=NULL;

注意:malloc後通常要對返回值進行判斷,避免發生不必要的錯誤。

注意,最好再p 被free掉後,加上p=NULL這句

 

“野指標”不是NULL指標,是指向“垃圾”記憶體(不可用記憶體)的指標。人們一般不會錯用NULL指標,因為用if語句很容易判斷。但是“野指標”是很危險的,if無法判斷一個指標是正常指標還是“野指標”。有個良好的程式設計習慣是避免“野指標”的唯一方法。

指標p被free或者delete之後,沒有置為NULL,讓人誤以為p是個合法的指標。別看free和delete的名字(尤其是delete),它們只是把指標所指的記憶體給釋放掉,但並沒有把指標本身幹掉。此時指標指向的就是“垃圾”記憶體。釋放後的指標應立即將指標置為NULL,防止產生“野指標”。

(3) 記憶體說明

malloc函式動態申請的記憶體空間是在裡(而一般區域性變數存於棧裡),並且該段記憶體不會被初始化,與全域性變數不一樣,如果不採用手動free()加以釋放,則該段記憶體一直存在,直到程式退出才被系統,所以為了合理使用記憶體,在不適用該段記憶體時,應該呼叫free()。另外,如果在一個函式裡面使用過malloc,最好要配對使用free,否則容易造成記憶體洩露(沒有將記憶體還給自由儲存區)。

但是,往往會在free的時候發生段錯誤.

 

正確的做法是這樣:

// 在分配之前加一句判斷指標是否為空,防止產生記憶體洩露

struct XXXX * ptr=NULL;
if (ptr == NULL) {
ptr  =  (struct XXXX *)malloc(num * sizeof(struct XXXX);

}

// 在釋放之前加一句判斷指標是否為空,防止產生異常
if (ptr != NULL) {
free(ptr);
ptr = NULL;

}

補充:C 語言作為 Linux 系統上標準的程式語言給予了我們對動態記憶體分配很大的控制權。


然而,這種自由可能會導致嚴重的記憶體管理問題,而這些問題可能導致程式崩潰或隨時間的推移導致效能降級。

記憶體洩漏(即 malloc() 記憶體在對應的 free() 呼叫執行後永不被釋放)和緩衝區溢位(例如對以前分配到某陣列的記憶體進行寫操作)是一些常見的問題,它們可能很難檢測到。這一部分將討論幾個除錯工具,它們極大地簡化了檢測和找出記憶體問題的過程。

只要在程式碼中新增一個標頭檔案並在 gcc 語句中定義了 MEMWATCH 之後,您就可以跟蹤程式中的記憶體洩漏和錯誤了。MEMWATCH 支援 ANSI C,它提供結果日誌紀錄,能檢測雙重釋放(double-free)、錯誤釋放(erroneous free)、沒有釋放的記憶體(unfreed memory)、溢位和下溢等等。

這裡是memwatch的說明

 

補充2:轉自:http://www.cnblogs.com/yfanqiu/archive/2012/05/08/2490410.html

 

2.  C++中的運算子new和delete

new和delete是C++中的運算子,不是庫函式,不需要庫的支援,同時,他們是封裝好的運算子。

(1)new是動態分配記憶體的運算子,自動計算需要分配的空間,在分配類型別的記憶體空間時,同時呼叫類的建構函式對記憶體空間進行初始化,即完成類的初始化工作。動態分配內建型別是否自動初始化取決於變數定義的位置,在函式體外定義的變數都初始化為0,在函式體內定義的內建型別變數都不進行初始化。

(2)delete是撤銷動態申請的記憶體運算子。delete與new通常配對使用,與new的功能相反,可以對多種資料型別形式的記憶體進行撤銷,包括類,撤銷類的記憶體空間時,它要呼叫其解構函式,完成相應的清理工作,收回相應的記憶體資源。

(3)典型用法

int *p = new int;                       delete p;

char *p = new char;                  delete p;

類的型別 *p = new 類的型別; delete p;

//注意,指標p存於棧中,p所指向的記憶體空間卻是在堆中。

                            Obj * p = new Obj[100];                     delete [ ]p;

//注意,new申請陣列,delete刪除的形式需要加括號“[ ]”,表示對陣列空間的操作,總之,申請形式如何,釋放的形式就如何。

(4)記憶體說明。new申請的記憶體也是存於中,所以在不需要使用時,需要delete手動收回。

3.  new/delete與malloc/free之間的聯絡和區別

(1)          malloc/free和new/delete的聯絡

a)儲存方式相同。malloc和new動態申請的記憶體都位於堆中。申請的記憶體都不能自動被作業系統收回,都需要配套的free和delete來釋放。

b)除了帶有建構函式和解構函式的類等資料型別以外,對於一般資料型別,如int、char等等,兩組動態申請的方式可以通用,作用效果一樣,只是形式不一樣。

c)記憶體洩漏對於malloc或者new都可以檢查出來的,區別在於new可以指明是那個檔案的那一行,而malloc沒有這些資訊。

d)兩組都需要配對使用,malloc配free,new配delete,注意,這不僅僅是習慣問題,如果不配對使用,容易造成記憶體洩露。同時,在C++中,兩組之間不能混著用,雖說有時能編譯過,但容易存在較大的隱患。

(2)          malloc/free和new/delete的區別

a)malloc和free返回void型別指標,new和delete直接帶具體型別的指標。

b)malloc和free屬於C語言中的函式,需要庫的支援,而new/delete是C++中的運算子,所以new/delete的執行效率高些。C++中為了兼用C語法,所以保留malloc和free的使用,但建議儘量使用new和delete。

c)在C++中, new是型別安全的,而malloc不是。例如:

int* p = new char[10];                    // 編譯時指出錯誤

  delete [ ]p;                                     //對陣列需要加中括號“[ ]”

int* p = malloc(sizeof(char )*10);    // 編譯時無法指出錯誤

   free (p);                                       //只需要所釋放記憶體的頭指標

d)使用new動態申請類物件的記憶體空間時,類物件的構建要呼叫建構函式,相當於對記憶體空間進行了初始化。而malloc動態申請的類物件的記憶體空間時,不會初始化,也就是說申請的記憶體空間無法使用,因為類的初始化是由建構函式完成的。delete和free的意義分別於new和malloc相反。

e)不能用malloc和free來完成類物件的動態建立和刪除。

4.  C/C++程式的記憶體分配介紹

該部分參考於http://blog.csdn.net/sparkliang/archive/2008/12/30/3650324.aspx

 

 

C++的new

C++中的new其實是一個很糊弄人的術語,它有兩種不同的含義,new運算子(new operator)和new函式(operator new),值得記錄一下。

一 new運算子

最常用的是作為運算子的new,比如:

string *str = new string(“test new”);

作為運算子,new和sizeof一樣,是C++內建的,你不能對它做任何的改變,除了使用它。

new會在堆上分配一塊記憶體,並會自動呼叫類的建構函式。

二 new函式

第二種就是new函式,其實new運算子內部分配記憶體使用的就是new函式,原型是:

void *operator new(size_t size);

new函式返回的是一個void指標,一塊未經初始化的記憶體。如你所見,這和C語言的malloc行為相似,你可以過載new函式,並且增加額外的引數,但是必須保證第一個引數必須是size_t型別,它指明瞭分配記憶體塊的大小,C++允許你這麼做,當然一般情況下這是不必要的。如果過載了new函式,在使用new操作符時呼叫的就是你過載後的new函式了。

如果使用new函式,和語句string *str = new string(“test new”)相對的程式碼大概是如下的樣子:

string *str = (string*)operator new(sizeof(string));

str.string(“test new”); // 當然這個呼叫時非法的,但是編譯器是沒有這個限制的

這還不算完,還有第三種的new存在。

三 placement new

第三種,placement new,這也是new作為函式的一種用法,它允許你在一塊已存在的記憶體上分配一個物件,而記憶體上的資料不會被覆蓋或者被你主動改寫,placement new同樣由new操作符呼叫,呼叫格式是:

new (buffer) type(size_t size);

先看看下面的程式碼:

char str[22];

int data = 123;

int *pa = new (&data) int;

int *pb = new (str) int(9);

結果*pa = 123(未覆蓋原資料),而*pb = 9(覆蓋原資料),可以看到placement new 並沒有分配新的記憶體,也可以使用在棧上分配的記憶體,而不限於堆。

為了使用placement new 你必須包含<new>或者<new.h>

其實placement new和第二種一樣,只不過多了引數,是函式new的過載,語法格式為:

void *operator new(size_t, void* buffer);

它看起來可能是這個樣子:

void *operator new(size_t, void* buffer) { return buffer;}

 

和new對應的就是delete了,需要回收記憶體啊,不然就洩漏了,這個下次再寫吧,回憶一下今天的內容先。

總結

1. 函式new

void *operator new(size_t size); 在堆上分配一塊記憶體,和placement new(void *operator new(size_t, void* buffer)); 在一塊已經存在的記憶體上建立物件,如果你已經有一塊記憶體,placement new會非常有用,事實上,它STL中有著廣泛的使用。

2. 運算子new

最常用的new,沒什麼可說的。

3. 函式new不會自動呼叫類的建構函式,因為它對分配的記憶體型別一無所知;而運算子new會自動呼叫類的建構函式。

4. 函式new允許過載,而運算子new不能被過載。

5. 緊接著就是對應的delete。

 

 

(1)棧記憶體分配運算內建於處理器的指令集中,一般使用暫存器來存取,效率很高,但是分配的記憶體容量有限。一般區域性變數和函式引數的暫時存放位置。

(2)堆記憶體,亦稱動態記憶體。如malloc和new申請的記憶體空間。動態記憶體的生存期由程式設計師自己決定,使用非常靈活。

(3)全域性程式碼區:從靜態儲存區域分配。記憶體在程式編譯的時候就已經分配好,這塊記憶體在程式的整個執行期間都存在。例如全域性變數,static變數。

(4)常量區:文字常量分配在文字常量區,程式結束後由系統釋放。

(5)程式碼區:存放整個程式的程式碼,因為儲存是資料和程式碼分開儲存的。

 

總結:

(1)new、delete 是操作符,只能在C++中使用。malloc、free是函式,可以覆蓋,C、C++中都可以使用。
(2)new 自動計算需要分配的空間大小,可以呼叫物件的建構函式,對應的delete呼叫相應的解構函式。malloc僅僅分配記憶體,free僅僅回收記憶體,並不執行構造和解構函式
(3)new 型別安全、返回的是某種資料型別指標,malloc 非型別安全、返回的是void指標。

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