本片段將介紹運行期而不是編譯期的內(nèi)存分配

1.變量的內(nèi)存分配和方法的前期綁定

函數(shù)中聲明的局部變量與其參數(shù)以及簿記數(shù)據(jù)一起被放置在一個活動記錄中。活動記錄存儲在名為運行期棧（run-time stack）的應用程序內(nèi)存中。

函數(shù)調(diào)用

運行期棧創(chuàng)建活動記錄 函數(shù)結(jié)束 銷毀運行期棧，釋放內(nèi)存

當創(chuàng)建對象時，對象數(shù)據(jù)成員的存儲也在當前執(zhí)行函數(shù)或者方法的活動記錄中。

大多數(shù)情況，程序只需要自動內(nèi)存管理和前期綁定。以下兩種情況前期綁定無法解決：

（1）需要利用多態(tài)

（2）需要訪問的對象在創(chuàng)建它的函數(shù)或方法之外

2.需要解決的問題

程序會在編譯器判斷調(diào)用方法的版本，會與聲明一個對象時的類型相匹配，而不是和之后定義的派生類相匹配，在此需要一種方法告訴編譯器在程序運行的時候判斷需要執(zhí)行的代碼，這就是所謂的后期綁定，是多態(tài)的特征。為解決這個問題，需要兩個工具：指針變量和虛函數(shù)。

3.指針和程序的自由存儲

（1）C++內(nèi)存分配

為利用后期綁定，不想讓對象成為運行期棧上的活動記錄，于是操作系統(tǒng)為代碼設置了內(nèi)存（稱為代碼存儲或者文本存儲），為全局變量和靜態(tài)變量設置了內(nèi)存（稱為靜態(tài)存儲），程序還被給予了額外的內(nèi)存，稱為自由存儲（free store）或者應用程序堆（application heap），可以在這里存儲數(shù)據(jù)。

圖1 程序內(nèi)存布局示例

new運算符在自由存儲中分配內(nèi)存

運行期棧中的變量所擁有的內(nèi)存是自動分配與釋放的，而自由存儲中的變量即使在創(chuàng)建它們的函數(shù)或者方法終止之后都會存在。（容易內(nèi)存泄漏）

用指針指向?qū)ο?#xff0c;e.g.

MagicBox

注意：如果聲明了一個指針變量，但是沒有立即創(chuàng)建一個對象供其引用，則應該將這個指針設置為nullptr。如下的賦值是必要的，因為C++不會初始化指針。

ToyBox<int>* myToyPtr=nullptr;

（2）釋放內(nèi)存

當指針變量所指的內(nèi)存不再需要之后，需要使用delete運算符將其釋放，然后將指針變量的值設置為nullptr，表示這個變量不再引用或者指向任何對象。

delete

如果在此示例中沒有將somePtr設置為nullptr，那么somePtr就是應該懸掛指針（dangling pointer），因為這個指針仍然保存被釋放對象的地址，懸掛指針是嚴重錯誤的來源。

（3）避免內(nèi)存泄漏

①當在自由存儲中創(chuàng)建了對象，但程序無法再訪問這個對象時，就發(fā)生了內(nèi)存泄漏。

MagicBox<string>* myBoxPtr=new MagicBox<string>(); MagicBox<string>* yourBoxPtr=new MagicBox<string>(); yourBoxPtr=myBoxPtr;//Results is inaccessible object

圖2 賦值導致對象不可訪問

解決辦法：應該將yourBoxPtr初始化為nullptr，或者是用myBoxPtr賦初值。

②當函數(shù)或者方法在自由存儲中創(chuàng)建了對象，并且由于沒有將指針你返回給調(diào)用者或者沒有將其存儲在類數(shù)據(jù)成員中而丟失了指向?qū)ο蟮闹羔槙r，就會發(fā)生更加微妙的內(nèi)存泄漏。

//不合理的函數(shù)在自由存儲中分配內(nèi)存 void myLeakyFunction(const double& someItem) {ToyBox<double>* someBoxPtr=new ToyBox<double>();someBoxPtr->setItem(someItem); }//end myLeakyFunction

someBoxPtr存儲在運行期棧中，函數(shù)結(jié)束即銷毀，創(chuàng)建的對象存放在自由存儲中，無法獲取其地址而發(fā)生內(nèi)存泄漏。

解決辦法：在函數(shù)終止前刪除對象；不要再自由存儲中分配內(nèi)存，而是使用局部變量；若函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建的對象再外部會用到，則可以返回指向?qū)ο蟮闹羔?#xff0c;使用指針的代碼段負責刪除對象，注釋中應該注明，但仍有錯誤使用的風險，如直接調(diào)用而不賦給其他指針。

ToyBox<double>* pluggedLeakyFunction(const double& someItem) {ToyBox<double>* someBoxPtr=new ToyBox<double>();someBoxPtr->setItem(someItem);return someBoxPtr; }//end pluggedLeakyFunctionpluggedLeakyFunction(boxValue)//Misused;returned pointer is lost

為了防止內(nèi)存泄漏，最好的方法不是使用函數(shù)返回新創(chuàng)建對象的指針，而是定義一個類，類中的方法完成這一任務。類負責刪除自由存儲中的對象，確保不會發(fā)生內(nèi)存泄漏。這個類最少有三個部分：在自由存儲中創(chuàng)建對象的方法、指向這個對象的數(shù)據(jù)字段，以及當類的實例不再需要的時候刪除這個對象的方法，也就是析構(gòu)函數(shù)。

通常，編譯器生成的析構(gòu)函數(shù)對類而言已經(jīng)足夠，但是如果類本身使用new運算符創(chuàng)建了對象，為了安全起見，實現(xiàn)析構(gòu)函數(shù)時應該確保為對象分配的內(nèi)存被釋放。

（4）避免懸掛指針

可能導致懸掛指針的情況

①如果在使用delete之后不將指針變量設置為nullptr

②如果聲明了一個指針變量但是不對其賦值

③兩個指針指向同一個對象，刪除了其中一個指針并置空，另一個指針成為懸掛指針

MagicBox<string>* myBoxPtr=new MagicBox<string>(); MagicBox<string>* yourBoxPtr=myBoxPtr;delete myBoxPtr; myBoxPtr=nullptr;//共同指向的對象已不存在 yourBoxPtr->getItem();//無法調(diào)用其方法

懸掛指針的解決辦法：

• 初始化或者不需要的時候，指針變量設置為nullptr
• 減少別名的使用
• 刪除對象時，將所有引用這個被刪除對象的別名設置為nullptr

4.虛方法和多態(tài)

實現(xiàn)多態(tài)需要編譯器執(zhí)行后期綁定，為此必須將基類的方法聲明為virtual。

為了實現(xiàn)后期綁定，必須在自由存儲中創(chuàng)建變量并使用指針指向這些變量。

關(guān)于虛方法的要點：

• 虛方法是派生類可以重寫的方法。
• 必須實現(xiàn)類的虛方法（純虛方法不包含在內(nèi)）。
• 派生類不需要重寫被繼承的虛方法的已有實現(xiàn)。
• 類的任何方法都可以是虛方法。當然，如果不想讓派生類重寫某些特定的方法，那么這些方法就不應該是虛方法。
• 析構(gòu)函數(shù)不能是虛方法。
• 析構(gòu)函數(shù)可以是也應該是虛方法。虛析構(gòu)函數(shù)確保了對象的后代可以正確地釋放自身。
• 虛方法的返回類型不能被重寫。

5.數(shù)組的動態(tài)分配

int arraySize=50; double* anArray=new double[arraySize]; //可以在程序運行期對arraySize賦值，改變數(shù)組的大小delete []anArray;

數(shù)組大小用完后分配更多空間，并將原有數(shù)組復制過來

double* oldArray=anArray; //Copy pointer to array anArray=new double(2*arraySize) //Double array size for(int index=0;index<arraySize;index++) //Copy old arrayanArray[index]=oldArray[index]; delete []oldArray; //Deallocate old array

本文參考《C++數(shù)據(jù)抽象和問題求解》第6版 清華大學出版社 [美]Frank M.Carrano Timothy Henry著 景麗譯

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内存泄漏的原因及解决办法_编程基础 | C++片段 指针、多态和内存分配的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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