詳談C語(yǔ)言內(nèi)存錯(cuò)誤的六條相關(guān)例子及解決對(duì)策

一、指針沒(méi)有指向一塊合法的內(nèi)存

定義了指針變量，但是沒(méi)有為指針?lè)峙鋬?nèi)存，即指針沒(méi)有指向一塊合法的內(nèi)存。淺顯的例子就不舉了，這里舉幾個(gè)比較隱蔽的例子。

1、結(jié)構(gòu)體成員指針未初始化

很多初學(xué)者犯了這個(gè)錯(cuò)誤還不知道是怎么回事。這里定義了結(jié)構(gòu)體變量stu，但是他沒(méi)想到這個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部char *name 這成員在定義結(jié)構(gòu)體變量stu 時(shí)，只是給name 這個(gè)指針變量本身分配了4 個(gè)字節(jié)。name 指針并沒(méi)有指向一個(gè)合法的地址，這時(shí)候其內(nèi)部存的只是一些亂碼。所以在調(diào)用strcpy 函數(shù)時(shí)，會(huì)將字符串“Jimy”往亂碼所指的內(nèi)存上拷貝，而這塊內(nèi)存name 指針根本就無(wú)權(quán)訪問(wèn)，導(dǎo)致出錯(cuò)。解決的辦法是為name 指針malloc 一塊空間。

同樣，也有人犯如下錯(cuò)誤：

為指針變量pstu 分配了內(nèi)存，但是同樣沒(méi)有給name 指針?lè)峙鋬?nèi)存。錯(cuò)誤與上面第一種情況一樣，解決的辦法也一樣。這里用了一個(gè)malloc 給人一種錯(cuò)覺(jué)，以為也給name 指針?lè)峙淞藘?nèi)存。

2、沒(méi)有為結(jié)構(gòu)體指針?lè)峙渥銐虻膬?nèi)存

為pstu 分配內(nèi)存的時(shí)候，分配的內(nèi)存大小不合適。這里把sizeof（struct student）誤寫(xiě)為sizeof（struct student*）。當(dāng)然name 指針同樣沒(méi)有被分配內(nèi)存。解決辦法同上。

3、函數(shù)的入口校驗(yàn)

不管什么時(shí)候，我們使用指針之前一定要確保指針是有效的。

一般在函數(shù)入口處使用assert（NULL ！= p）對(duì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。在非參數(shù)的地方使用if（NULL ！= p）來(lái)校驗(yàn)。但這都有一個(gè)要求，即p 在定義的同時(shí)被初始化為NULL 了。比如上面的例子，即使用if（NULL ！= p）校驗(yàn)也起不了作用，因?yàn)閚ame 指針并沒(méi)有被初始化為NULL，其內(nèi)部是一個(gè)非NULL 的亂碼。

assert 是一個(gè)宏，而不是函數(shù)，包含在assert.h 頭文件中。如果其后面括號(hào)里的值為假，則程序終止運(yùn)行，并提示出錯(cuò);如果后面括號(hào)里的值為真，則繼續(xù)運(yùn)行后面的代碼。這個(gè)宏只在Debug 版本上起作用，而在Release 版本被編譯器完全優(yōu)化掉，這樣就不會(huì)影響代碼的性能。

有人也許會(huì)問(wèn)，既然在Release 版本被編譯器完全優(yōu)化掉，那Release 版本是不是就完全沒(méi)有這個(gè)參數(shù)入口校驗(yàn)了呢？這樣的話那不就跟不使用它效果一樣嗎？

是的，使用assert 宏的地方在Release 版本里面確實(shí)沒(méi)有了這些校驗(yàn)。但是我們要知道，assert 宏只是幫助我們調(diào)試代碼用的，它的一切作用就是讓我們盡可能的在調(diào)試函數(shù)的時(shí)候把錯(cuò)誤排除掉，而不是等到Release 之后。它本身并沒(méi)有除錯(cuò)功能。再有一點(diǎn)就是，參數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤并非本函數(shù)有問(wèn)題，而是調(diào)用者傳過(guò)來(lái)的實(shí)參有問(wèn)題。assert 宏可以幫助我們定位錯(cuò)誤，而不是排除錯(cuò)誤。

二、為指針?lè)峙涞膬?nèi)存太小

為指針?lè)峙淞藘?nèi)存，但是內(nèi)存大小不夠，導(dǎo)致出現(xiàn)越界錯(cuò)誤。

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

p1 是字符串常量，其長(zhǎng)度為7 個(gè)字符，但其所占內(nèi)存大小為8 個(gè)byte。初學(xué)者往往忘了字符串常量的結(jié)束標(biāo)志“\0”。這樣的話將導(dǎo)致p1 字符串中最后一個(gè)空字符“\0”沒(méi)有被拷貝到p2 中。解決的辦法是加上這個(gè)字符串結(jié)束標(biāo)志符：

這里需要注意的是，只有字符串常量才有結(jié)束標(biāo)志符。比如下面這種寫(xiě)法就沒(méi)有結(jié)束標(biāo)志符了：

char a［7］ = {‘a(chǎn)’，’b’，’c’，’d’，’e’，’f’，’g’};

另外，不要因?yàn)閏har 類型大小為1 個(gè)byte 就省略sizof（char）這種寫(xiě)法。這樣只會(huì)使你的代碼可移植性下降。

三、內(nèi)存分配成功，但并未初始化

犯這個(gè)錯(cuò)誤往往是由于沒(méi)有初始化的概念或者是以為內(nèi)存分配好之后其值自然為0。未初始化指針變量也許看起來(lái)不那么嚴(yán)重，但是它確確實(shí)實(shí)是個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，而且往往出現(xiàn)這種錯(cuò)誤很難找到原因。

曾經(jīng)有一個(gè)學(xué)生在寫(xiě)一個(gè)windows 程序時(shí)，想調(diào)用字庫(kù)的某個(gè)字體。而調(diào)用這個(gè)字庫(kù)需要填充一個(gè)結(jié)構(gòu)體。他很自然的定義了一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量，然后把他想要的字庫(kù)代碼賦值給了相關(guān)的變量。但是，問(wèn)題就來(lái)了，不管怎么調(diào)試，他所需要的這種字體效果總是不出來(lái)。我在檢查了他的代碼之后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題，于是單步調(diào)試。在觀察這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量的內(nèi)存時(shí)，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)成員的值為亂碼。就是其中某一個(gè)亂碼惹得禍！因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)按照這個(gè)結(jié)構(gòu)體中的某些特定成員的值去字庫(kù)中尋找匹配的字體，當(dāng)這些值與字庫(kù)中某種字體的某些項(xiàng)匹配時(shí)，就調(diào)用這種字體。但是很不幸，正是因?yàn)檫@幾個(gè)亂碼，導(dǎo)致沒(méi)有找到相匹配的字體！因?yàn)橄到y(tǒng)并無(wú)法區(qū)分什么數(shù)據(jù)是亂碼，什么數(shù)據(jù)是有效的數(shù)據(jù)。只要有數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就理所當(dāng)然的認(rèn)為它是有效的。

也許這種嚴(yán)重的問(wèn)題并不多見(jiàn)，但是也絕不能掉以輕心。所以在定義一個(gè)變量時(shí)，第一件事就是初始化。你可以把它初始化為一個(gè)有效的值，比如：

int i = 10； char *p = （char *）malloc（sizeof（char））;

但是往往這個(gè)時(shí)候我們還不確定這個(gè)變量的初值，這樣的話可以初始化為0 或NULL。

int i = 0; char *p = NULL;

如果定義的是數(shù)組的話，可以這樣初始化：

int a［10］ = {0};

或者用memset 函數(shù)來(lái)初始化為0：

memset（a，0，sizeof（a））;

memset 函數(shù)有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是要被設(shè)置的內(nèi)存起始地址;第二個(gè)參數(shù)是要被設(shè)置的值;第三個(gè)參數(shù)是要被設(shè)置的內(nèi)存大小，單位為byte。這里并不想過(guò)多的討論memset 函數(shù)的用法，如果想了解更多，請(qǐng)參考相關(guān)資料。

至于指針變量如果未被初始化，會(huì)導(dǎo)致if 語(yǔ)句或assert 宏校驗(yàn)失敗。這一點(diǎn)，上面已有分析。

四、內(nèi)存越界

內(nèi)存分配成功，且已經(jīng)初始化，但是操作越過(guò)了內(nèi)存的邊界。這種錯(cuò)誤經(jīng)常是由于操作數(shù)組或指針時(shí)出現(xiàn)“多1”或“少1”。比如：

所以，for 循環(huán)的循環(huán)變量一定要使用半開(kāi)半閉的區(qū)間，而且如果不是特殊情況，循環(huán)變量盡量從0 開(kāi)始。

五、內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄漏幾乎是很難避免的，不管是老手還是新手，都存在這個(gè)問(wèn)題。甚至包括windows，Linux 這類軟件，都或多或少有內(nèi)存泄漏。也許對(duì)于一般的應(yīng)用軟件來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題似乎不是那么突出，重啟一下也不會(huì)造成太大損失。但是如果你開(kāi)發(fā)的是嵌入式系統(tǒng)軟件呢？比如汽車制動(dòng)系統(tǒng)，心臟起搏器等對(duì)安全要求非常高的系統(tǒng)。你總不能讓心臟起搏器重啟吧，人家閻王老爺是非常好客的。

會(huì)產(chǎn)生泄漏的內(nèi)存就是堆上的內(nèi)存（這里不討論資源或句柄等泄漏情況），也就是說(shuō)由malloc 系列函數(shù)或new 操作符分配的內(nèi)存。如果用完之后沒(méi)有及時(shí)free 或delete，這塊內(nèi)存就無(wú)法釋放，直到整個(gè)程序終止。

1、告老還鄉(xiāng)求良田

怎么去理解這個(gè)內(nèi)存分配和釋放過(guò)程呢？先看下面這段對(duì)話：

萬(wàn)歲爺：愛(ài)卿，你為朕立下了汗馬功勞，想要何賞賜?。?/p>

某功臣：萬(wàn)歲，黃金白銀，臣視之如糞土。臣年歲已老，欲告老還鄉(xiāng)。臣乞良田千畝以蔭后世，別無(wú)他求。

萬(wàn)歲爺：愛(ài)卿，你勞苦功高，卻僅要如此小賞，朕今天就如你所愿。戶部劉侍郎，查看湖廣一帶是否還有千畝上等良田未曾封賞。

劉侍郎：長(zhǎng)沙尚有五萬(wàn)余畝上等良田未曾封賞。

萬(wàn)歲爺：在長(zhǎng)沙撥良田千畝封賞愛(ài)卿。愛(ài)卿，良田千畝，你欲何用??？

某功臣：謝萬(wàn)歲。長(zhǎng)沙一帶，適合種水稻，臣想用來(lái)種水稻。種水稻需要把田分為一畝一塊，方便耕種。

。。。。

2、如何使用malloc 函數(shù)

不要莫名其妙，其實(shí)上面這段小小的對(duì)話，就是malloc 的使用過(guò)程。malloc 是一個(gè)函數(shù)，專門用來(lái)從堆上分配內(nèi)存。使用malloc 函數(shù)需要幾個(gè)要求：

內(nèi)存分配給誰(shuí)？這里是把良田分配給某功臣。

分配多大內(nèi)存？這里是分配一千畝。

是否還有足夠內(nèi)存分配？這里是還有足夠良田分配。

內(nèi)存的將用來(lái)存儲(chǔ)什么格式的數(shù)據(jù)，即內(nèi)存用來(lái)做什么？

這里是用來(lái)種水稻，需要把田分成一畝一塊。分配好的內(nèi)存在哪里？這里是在長(zhǎng)沙。

如果這五點(diǎn)都確定，那內(nèi)存就能分配。下面先看malloc 函數(shù)的原型： （void *）malloc（int size） malloc 函數(shù)的返回值是一個(gè)void 類型的指針，參數(shù)為int 類型數(shù)據(jù)，即申請(qǐng)分配的內(nèi)存大小，單位是byte。內(nèi)存分配成功之后，malloc 函數(shù)返回這塊內(nèi)存的首地址。你需要一個(gè)指針來(lái)接收這個(gè)地址。但是由于函數(shù)的返回值是void *類型的，所以必須強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成你所接收的類型。也就是說(shuō)，這塊內(nèi)存將要用來(lái)存儲(chǔ)什么類型的數(shù)據(jù)。比如： char *p = （char *）malloc（100）; 在堆上分配了100 個(gè)字節(jié)內(nèi)存，返回這塊內(nèi)存的首地址，把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成char *類型后賦給char *類型的指針變量p。同時(shí)告訴我們這塊內(nèi)存將用來(lái)存儲(chǔ)char 類型的數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)你只能通過(guò)指針變量p 來(lái)操作這塊內(nèi)存。這塊內(nèi)存本身并沒(méi)有名字，對(duì)它的訪問(wèn)是匿名訪問(wèn)。

上面就是使用malloc 函數(shù)成功分配一塊內(nèi)存的過(guò)程。但是，每次你都能分配成功嗎？

不一定。上面的對(duì)話，皇帝讓?xiě)舨渴汤刹樵兪欠襁€有足夠的良田未被分配出去。使用malloc函數(shù)同樣要注意這點(diǎn)：如果所申請(qǐng)的內(nèi)存塊大于目前堆上剩余內(nèi)存塊（整塊），則內(nèi)存分配會(huì)失敗，函數(shù)返回NULL。注意這里說(shuō)的“堆上剩余內(nèi)存塊”不是所有剩余內(nèi)存塊之和，因?yàn)閙alloc 函數(shù)申請(qǐng)的是連續(xù)的一塊內(nèi)存。

既然malloc 函數(shù)申請(qǐng)內(nèi)存有不成功的可能，那我們?cè)谑褂弥赶蜻@塊內(nèi)存的指針時(shí)，必須用if（NULL ！= p）語(yǔ)句來(lái)驗(yàn)證內(nèi)存確實(shí)分配成功了。

3、用malloc 函數(shù)申請(qǐng)0 字節(jié)內(nèi)存

另外還有一個(gè)問(wèn)題：用malloc 函數(shù)申請(qǐng)0 字節(jié)內(nèi)存會(huì)返回NULL 指針嗎？

可以測(cè)試一下，也可以去查找關(guān)于malloc 函數(shù)的說(shuō)明文檔。申請(qǐng)0 字節(jié)內(nèi)存，函數(shù)并不返回NULL，而是返回一個(gè)正常的內(nèi)存地址。但是你卻無(wú)法使用這塊大小為0 的內(nèi)存。這好尺子上的某個(gè)刻度，刻度本身并沒(méi)有長(zhǎng)度，只有某兩個(gè)刻度一起才能量出長(zhǎng)度。對(duì)于這一點(diǎn)一定要小心，因?yàn)檫@時(shí)候if（NULL ！= p）語(yǔ)句校驗(yàn)將不起作用。

4、內(nèi)存釋放

既然有分配，那就必須有釋放。不然的話，有限的內(nèi)存總會(huì)用光，而沒(méi)有釋放的內(nèi)存卻在空閑。與malloc 對(duì)應(yīng)的就是free 函數(shù)了。free 函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，就是所要釋放的內(nèi)存塊的首地址。比如上例： free（p）; free 函數(shù)看上去挺狠的，但它到底作了什么呢？其實(shí)它就做了一件事：斬?cái)嘀羔樧兞颗c這塊內(nèi)存的關(guān)系。比如上面的例子，我們可以說(shuō)malloc 函數(shù)分配的內(nèi)存塊是屬于p 的，因?yàn)槲覀儗?duì)這塊內(nèi)存的訪問(wèn)都需要通過(guò)p 來(lái)進(jìn)行。free 函數(shù)就是把這塊內(nèi)存和p 之間的所有關(guān)系斬?cái)?。從此p 和那塊內(nèi)存之間再無(wú)瓜葛。至于指針變量p 本身保存的地址并沒(méi)有改變，但是它對(duì)這個(gè)地址處的那塊內(nèi)存卻已經(jīng)沒(méi)有所有權(quán)了。那塊被釋放的內(nèi)存里面保存的值也沒(méi)有改變，只是再也沒(méi)有辦法使用了。

這就是free 函數(shù)的功能。按照上面的分析，如果對(duì)p 連續(xù)兩次以上使用free 函數(shù)，肯定會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。因?yàn)榈谝皇褂胒ree 函數(shù)時(shí)，p 所屬的內(nèi)存已經(jīng)被釋放，第二次使用時(shí)已經(jīng)無(wú)內(nèi)存可釋放了。關(guān)于這點(diǎn)，我上課時(shí)讓學(xué)生記住的是：一定要一夫一妻制，不然肯定出錯(cuò)。

malloc 兩次只free 一次會(huì)內(nèi)存泄漏;malloc 一次free 兩次肯定會(huì)出錯(cuò)。也就是說(shuō)，在程序中malloc 的使用次數(shù)一定要和free 相等，否則必有錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤主要發(fā)生在循環(huán)使用malloc 函數(shù)時(shí)，往往把malloc 和free 次數(shù)弄錯(cuò)了。這里留個(gè) 練習(xí)：

寫(xiě)兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)生成鏈表，一個(gè)釋放鏈表。兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)都只使用一個(gè)表頭指針。

5、內(nèi)存釋放之后

既然使用free 函數(shù)之后指針變量p 本身保存的地址并沒(méi)有改變，那我們就需要重新把p的值變?yōu)镹ULL： p = NULL; 這個(gè)NULL 就是我們前面所說(shuō)的“栓野狗的鏈子”。如果你不栓起來(lái)遲早會(huì)出問(wèn)題的。比如：在free（p）之后，你用if（NULL ！= p）這樣的校驗(yàn)語(yǔ)句還能起作用嗎？例如：

釋放完塊內(nèi)存之后，沒(méi)有把指針置NULL，這個(gè)指針就成為了“野指針”，也有書(shū)叫“懸垂指針”。這是很危險(xiǎn)的，而且也是經(jīng)常出錯(cuò)的地方。所以一定要記住一條：free 完之后，一定要給指針置NULL。

同時(shí)留一個(gè)問(wèn)題：對(duì)NULL 指針連續(xù)free 多次會(huì)出錯(cuò)嗎？為什么？如果讓你來(lái)設(shè)計(jì)free函數(shù)，你會(huì)怎么處理這個(gè)問(wèn)題？

六、內(nèi)存已經(jīng)被釋放了，但是繼續(xù)通過(guò)指針來(lái)使用

這里一般有三種情況：

第一種：就是上面所說(shuō)的，free（p）之后，繼續(xù)通過(guò)p 指針來(lái)訪問(wèn)內(nèi)存。解決的辦法就是給p 置NULL。

第二種：函數(shù)返回棧內(nèi)存。這是初學(xué)者最容易犯的錯(cuò)誤。比如在函數(shù)內(nèi)部定義了一個(gè)數(shù)組，卻用return 語(yǔ)句返回指向該數(shù)組的指針。解決的辦法就是弄明白棧上變量的生命周期。

第三種：內(nèi)存使用太復(fù)雜，弄不清到底哪塊內(nèi)存被釋放，哪塊沒(méi)有被釋放。解決的辦法是重新設(shè)計(jì)程序，改善對(duì)象之間的調(diào)用關(guān)系。

上面詳細(xì)討論了常見(jiàn)的六種錯(cuò)誤及解決對(duì)策，希望讀者仔細(xì)研讀，盡量使自己對(duì)每種錯(cuò)誤發(fā)生的原因及預(yù)防手段爛熟于胸。一定要多練，多調(diào)試代碼，同時(shí)多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
責(zé)編AJX