【C语言 | 内存管理】野指针、静态区、堆、栈、常见的内存错误及对策

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🎄一、概述

C语言因为有指针而变得比其他语言更灵活，也更危险，所有的指针、分配的内存都需要仔细检测，不然出现的内存相关的问题容易隐藏重大的bug，更严重的，甚至会导致程序崩溃。本文就介绍一下C语言中内存相关的一些注意点。

🎄二、野指针

?2.1 什么是野指针

只定义而没有初始化的指针，就是野指针。
定义了一个指针而不初始化，那么这个指针的值可能是任何值。
看例子：

#include <stdio.h>
void fun()
{
	int *pi;
	char *pc;
	printf("pi=%p pc=%p\n",pi,pc);
}
int main()
{
	fun();
	return 0;
}

在函数fun中定义了两个指针pi、pc，都没有初始化，但它们打印出来却是有值的，如下图。这就是野指针，如果直接使用这些地址，可能是程序发生一些不可预测的行为。

?1.2 怎么避免野指针

定义指针变量的同时最好初始化为 NULL，用完指针之后也将指针变量的值设置为 NULL。也就是说除了在使用时，别的时间都把指针“栓”到 0 地址处。这样它就老实了。

🎄三、 静态区、堆、栈、

不是所有的东西都能存进内存的，内存分为三部分：

• 静态区：保存自动全局变量和 static 变量（包括 static 全局和局部变量）。静态区的内容在总个程序的生命周期内都存在，由编译器在编译的时候分配。
• 堆(heap)：由 malloc 系列函数或 new 操作符分配的内存。其生命周期由 free 或 delete 决定。在没有释放之前一直存在，直到程序结束。其特点是使用灵活，空间比较大，但容易出错。
• 栈(stack)：保存局部变量。栈上的内容只在函数的范围内存在，当函数运行结束，这些内容也会自动被销毁。其特点是效率高，但空间大小有限。

🎄四、常见的内存错误及对策

? 4.1 指针没有指向一块合法的内存

定义了指针变量，但是没有为指针分配内存，即指针没有指向一块合法的内存。

• 结构体成员指针未初始化

  struct student
  {
  	char *name;
  	int score;
  }stu,*pstu; //定义了stu，但stu.name是一个未初始化的指针
  int main()
  {
  	strcpy(stu.name,"Jimy");
  	stu.score = 99;
  	return 0;
  }
  

  对策：对于结构体的指针成员，使用前要确保已经给它分配了内存。
• 没有为结构体指针分配足够的内存

  struct student
  {
  	char *name;
  	int score;
  }stu,*pstu; 
  int main()
  {
  	pstu = (struct student*)malloc(sizeof(struct student*));// 只分配了一个指针大小的内存，错误
  	pstu->score = 99;
  	free(pstu);
  	return 0;
  }
  

  对策：给结构体指针分配内存时，注意要分配完整的结构体大小，而不是结构体指针大小。
• 函数的入口校验
  不管什么时候，我们使用指针之前一定要确保指针是有效的，在函数入口使用 if(NULL != p) 或 assert(NULL != p) 来判断参数的合法性。

? 4.2 内存分配成功，但并未初始化

在函数里定义了变量，没初始化就使用；或者为指针malloc一段内存后，直接使用；这些没初始化的情况是存在不可知的问题的，因为没初始化的内存里可能是任何的值，有些值可能导致程序崩溃。

最常用的就是定义了结构体，直接使用，但只给部分结构体成员赋值了，最后会使用到没赋值的成员。
看例子：

#include <stdio.h>

typedef struct stu
{
	char *name;
	int age;
	int grade;
}st_stu;

void fun(st_stu* pstu)
{
	printf("name=%s, age=%d grade=%d\n",pstu->name, pstu->age, pstu->grade);
}

void createStudent()
{
	st_stu student;
	student.name = "mike";
	fun(&student);
}

int main()
{
	createStudent();
	return 0;
}

上面代码中，定义了结构体变量student，但只给name成员赋值了，就将结构体变量传给其他函数使用，该函数会使用到三个结构体成员，这样的结果就很随机了。下面是运行结果，age成员是一个随机数。

对策：定义完变量或分配完内存一定要初始化，如果对于数组、结构体变量这样一整块的内存，可以使用memset函数赋值。

? 4.3 内存越界

内存分配成功，且已经初始化，但是操作越过了内存的边界。

• 情况1：为指针分配了内存，但是内存大小不够，导致出现越界错误。

  char *p1 = “abcdefg”;
  char *p2 = (char *)malloc(sizeof(char)*strlen(p1));
  strcpy(p2,p1);
  

  p1 是字符串常量，其长度为 7 个字符，但其所占内存大小为 8 个 byte。初学者往往忘了字符串常量的结束标志“\0”。这样的话将导致 p1 字符串中最后一个空字符“\0”没有被拷贝到 p2 中。
  对策：分配内存时，如果要存放字符串，要分配的内存大小为strlen(str)+sizeof(char)。

• 情况2：使用数组越界

  int a[10] = {0};
  for (i=0; i<=10; i++)
  {
  	a[i] = i;
  }
  

  对策：操作数组时，要注意判断下标是否越界。

? 4.5 内存泄漏

会产生泄漏的内存就是堆上的内存，也就是说由malloc 系列函数或 new 操作符分配的内存。如果用完之后没有及时 free 或 delete，这块内存就无法释放，直到整个程序终止。

对策：规范地使用malloc、free。

malloc 函数分配内存成功之后， 返回这块内存的首地址。你需要一个指针来接收这个地址，但是由于函数的返回值是 void *类型的，所以必须强制转换成你所接收的类型。也就是说，这块内存将要用来存储什么类型的数据。比如：char *p = (char *)malloc(100);

free 函数就做了一件事：斩断指针变量与这块内存的关系。但指针变量的值并没有变，只是那块内存不能再使用了，所以free之后，应该将指针变量赋值为NULL。

? 4.6 使用已释放的内存

• 第一种：就是上面所说的， free（p）之后，继续通过 p 指针来访问内存。解决的办法就是给 p 置 NULL。
• 第二种：函数返回栈内存。这是初学者最容易犯的错误。比如在函数内部定义了一个数组， 却用 return 语句返回指向该数组的指针。 解决的办法就是弄明白栈上变量的生命周期。
• 第三种：内存使用太复杂，弄不清到底哪块内存被释放，哪块没有被释放。解决的办法是重新设计程序，改善对象之间的调用关系。

🎄五、总结

👉本质介绍C语言内存管理常见的一些问题，野指针、静态区、堆、栈、常见的内存错误及对策

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