浅谈C++中的内存管理 沧海

大家都知道变量的生存周期这个概念，可是有的时候变量生存周期已经结束，但是所分配的那块内存空间还是存在的。文章举了四个不同的例子，来说明这其中的原因。
前一段时间在一个好友的的博客论坛上看到他学习C++时遇到的一小点问题，是关于C++中最基本的内存分配方面的。其实对于内存这东西，除了知道我自己用的是256M的内存以外，我也不太清楚他到底里面是怎么工作的。看了大师们的讲解，我深有体会，把这些讲解整理出来，为所有C++的newbie们共勉！

　　正文：

　　事情是因为这样一小段程序而来的。

int main()
{
　　int i=10;
　　int *j=&i;
　　if(!0)
　　{
　　　　int l=20;
　　　　int *k=&l;
　　　　j=k;
　　　　k=0;
　　}
　　cout<<*j;
　　return 0;
}

　　不用编译器，大家想想执行过之后应该打印什么结果？我想大家的第一反应应该是打印出一个不确定的数。理由是在if语句里，我们定义了k这个变量，在if执行结束之后，这个变量k所占据的内存是被系统收回的，于是也就造成了变量j所指的结果非常不确定。当然，如果编译并且执行过后，我们发现事情并不是像我们想象的那样，程序最终的打印结果是20，并不是我们期待的一个不确定的数。下面就让我们分析一下原因吧！

　　我们用debug的方式来一步一步的分析，在watch的窗口下输入里面所有的变量。

int i=10;　 //i is 10 and &i is 0x0012ff7c
int *j=&i;　//*j is 10 and &j is 0x0012ff7c
　　　　　　//显然可以看出此时两个变量指的是同一地址
if(!0)
{
　　int l=20; //l is 20 and &l is 0x0012ff74

　　/*地址0x0012ff7c—0x0012ff75被占据。要说明的是，
　　这个数值很有可能因为电脑硬件的不同而不同。*/

　　int *k=&l; //*k is 20 and &k is 0x0012ff74

　　//变量k与l指向同一地址。

　　j=k; 　//j is 0x0012ff74 and *j is 20

　　/*指针间的赋值，这个语句的意思是把k指向的地址负值给j。
　　此时这两个变量指向的是同一个地址，都是0x0012ff74，而那
　　块地址存放的是20，所以也就有*j是20的原因。*/
}

cout<<*j;　//*j is 20 and j is 0x0012ff74

/*此时同时可以看到k的地址是0x00000000，说明k这个变量
已经被自动销毁，所以地址指零。但是j所指的并不是k，而
是k所指的那段地址0x0012ff74，而由于此时j的生存周期还
没有结束（j是在if意外定义的），所以j指向的这块地址并
没有被收回，也就保存下来20这个数了。*/

　　至此，我们分析完了程序的全过程的内存分配情况，最终结果是这样的。（图1）

　　我们同时也可以在Memory里面看看这个地址的具体内容。我们可以看到是14，这是十六进制的数，化成十进制，正好是20。（图2）

　　现在大家应该对上面那个程序的执行过程有一个大概地了解了吧！不过这个还不是我们想要得到的结果，我们需要的是打印一个不确定的结果。有了以上的分析，我们开始新的程序，让他打印出我们想要的东西。

　　对于上面的程序，我们需要改动的是令变量j指向一个地址被释放的位置。于是就有了下面的程序。

int * foo()
{
　　int l=20;
　　return &l;
}

int main()
{
　　int i=10;
　　int *j=&i;
　　j = foo();
　　cout<<*j;
　　return 0;
}

　　编译器很“聪明”，编译后会给出一个警告。原话是“returning address of local variable or temporary”，指向的是上面程序的第四行，也就是return &l;这条语句。那句英文的意思也不用我再多解释了，相信大家都能看得明白。

　　执行的结果，在debug下，是20；在release下，结果是4198795。显然那部分内存被释放掉了。这是因为在debug的程序里面，执行完函数foo，并没有立即释放掉l的那个地址（目前我不清楚这句话说得是否精确）。在这个程序的release版本中，显然程序释放了那部分的地址，所以指向了一个不确定的数。
这里还要说一件事情，就是在第一个程序当中，无论是debug版本还是release版本。执行完那个if语句以后，系统都是不会真正的把l清除掉，l只是k的一个别名。上面的程序是这样写的，用了*j=&i这样一句负值语句，而别名在MSDN中的解释与引用是相同的，所以也可以这样理解，int i=10; int &j=i;与上面的相同。不要去想上面这些程序了，大家再看看下面这个。

void f1( int *& j)
{
　　int l=20;
　　int *k=&l;
　　j=k;
　　k=0;
}
void any_function_use_local_variables()
{
　　int a,b,c;
　　a=b=c=100;
}

int main()
{
　　int i=10;
　　int *j=&i;
　　f1(j);
　　cout<<*j;
　　any_function_use_local_variables();
　　cout<<*j;
　　return 0;
}

　　请大家自己编译、执行，看看结果是什么，然后结合上面的两个例子，想想是为什么。下面再给大家一个小例子，可能会有助于理解内存的概念。

　　程序的过程是试图去增加i，使之超过最大的整数。有一种情况是这个值被“卷回来”变成一个负数，在我的机器上程序的打印结果是-2147483648，这个结果可能因为硬件的不同而不同。

int main()
{
　　int i=1;
　　while(0<i) i++;
　　cout<<i;
　　return 0;
}

　　结束。