1、C 语言的深度挖掘,C程序中的内存管理问题,C/C+程序运行时的内存结构,全局变量、用static修饰的局部变量都存储在静态数据区。 程序指令和大部分字面常量都存储在代码区。 大部分函数的形参和局部变量都存储在栈区。 程序中动态分配的内存都存储在堆区。 一小部分函数形参和局部变量存储在CPU寄存器组中。,静态数据区,代码区,栈区,堆区,CPU寄存器组,常量数据区,已初始化区,未初始化区,变量的生存期,把程序运行时一个变量占有内存空间的时间段称为该变量的生存期。C+把变量的生存期分为：静态、自动和动态三种。 静态生存期：全局变量都具有静态生存期，它们的内存空间从程序开始执行时就进行分配，直到程序
2、结束才被收回。 自动生存期：局部变量和函数形参一般都具有自动生存期，它们的内存空间在程序执行到定义它们的复合语句(包括函数体)时才分配，当定义它们的复合语句执行结束时内存被收回。 动态生存期：具有动态生存期的变量的生存时间是由程序员自由控制的，其内存空间用new操作符分配，用delete回收。 在定义局部变量时，可以为它们加上存储类修饰符auto、static和register来指出它们的生存期。 定义为static存储类型的局部变量具有静态生存期，它们也被存放在静态数据区。,关键字volatile的作用,main函数为空居然也有输出？,关键字extern的作用,系统栈与过程调用,局部变量 v
3、ar_main,参数 arg_A2 = 1,返回地址,其他信息,局部变量 var_A2,参数 arg_B2=3,返回地址,其他信息,局部变量 var_A1,局部变量 var_B2,.,局部变量 var_B1,.,栈底,栈顶,参数arg_A1= 2,参数 arg_B1=4,func_B 的栈帧,func_A 的栈帧,main 的栈帧,CPU对过程调用的支持,相关的寄存器： ESP：存放一个指针，该指针指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶，即整个系统栈的栈顶。 EBP：存放一个指针，该指针指向系统栈最上面一个栈帧的栈底，即当前栈帧的栈底。有时也被称为栈帧寄存器。 EIP：指令寄存器，存放一个指针，指向下
4、一条等待执行的指令地址。相关的机器指令：,保存上层函数的栈帧EBP,回收局部变量占用的空间,为局部变量分配空间,参数y = 5,参数x = g,返回地址,上层函数的栈帧EBP,局部变量a,局部变量b,EBP,ESP,地址高端,地址低端,注：图中每个格都表示4个字节,一个小结论： 函数的参数都在EBP所指示的内存地址的正偏移处，函数内部的局部变量都在EBP所指示的内存地址的负偏移处。,Calling Conventions,C与汇编的混合编程,为什么C语言不支持这样的语法？,输出什么？,输出什么？,输出什么？,内存对齐问题,常量成了变量？,变量可见性与生存期的区别,如何攻破密码验证程序？,程序“
5、飞了”,程序又“飞了”,程序“飞”到哪儿了？,关于缓冲区溢出攻击,请参阅论文：Smashing The Stack For Fun And Profit ,有安全漏洞的程序,如何在栈上动态分配内存？,有错吗？,有问题吗？,有问题吗？,输出什么？,存储位置是否相同？,可以少传一个参数吗？,UNICODE_STRING字符串,注意如果UNICODE字符串中有N个字符，则Length等于2N。 UNICODE_STRING字符串不以空字符结尾，长度靠Length字段表示。,typedef struct _UNICODE_STRING USHORT Length; / 字符串长度，单位是字节USHOR
6、T MaximumLength; / 字符串缓冲区的最大长度PWSTR Buffer; / 缓冲区指针 UNICODE_STRING;,谨慎处理字符串缓冲区,UNICODE_STRING str; wcscpy(str.Buffer, L”my first string!”); str.Length = str.MaximumLength = wcslen(L”my first string!”)*sizeof(WCHAR);,UNICODE_STRING str; str.Buffer = L”my first string”; str.Length = str.MaximumLength
7、= wcslen(L”my first string!”)*sizeof(WCHAR);,正确的例子：,错误的例子：,为什么有时相同有时不同？,12 15,12 12,改成char a10; 会输出什么？,堆内存管理方法初探,int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int); char *p2 = (char*) malloc(sizeof(char); free(p1) ; free(p2);,1000,大,自由内存区表,占用内存区表,堆内存管理方法初探,int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int); char *p2 = (char*) ma
8、lloc(sizeof(char); free(p1) ; free(p2);,1000,大,自由内存区表,占用内存区表,堆内存管理方法初探,int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int); char *p2 = (char*) malloc(sizeof(char); free(p1) ; free(p2);,1000,大,自由内存区表,占用内存区表,100A,最先适配算法,最佳适配算法,堆内存管理方法初探,int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int); char *p2 = (char*) malloc(sizeof(char); free
9、(p1) ; free(p2);,1000,大,自由内存区表,占用内存区表,100A,堆的紧缩问题,堆内存管理方法初探,int *p1 = (int*) malloc(sizeof(int); char *p2 = (char*) malloc(sizeof(char); free(p1) ; free(p2);,1000,大,自由内存区表,占用内存区表,100A,使用malloc和free的注意事项,刚刚分配的动态内存的初始值是不确定的 不能对同一指针(地址) 连续两次进行free操作 不能对指向静态内存区(全局变量)或栈内存区(局部变量)的指针应用free (但可以对空指针NULL应用fr
10、ee)。 对一个指针应用free之后，它的值不会改变，但它指向了一个无效的内存区，这时称该指针为“悬空指针”。 如果没有及时释放某块动态内存，并且将指向它的指针指向了别处，就会造成“内存泄漏”。 执行malloc和free函数有一定的代价，所以对于较小的变量不应该放在动态内存之中，并且尽量避免频繁地分配和释放动态内存。,使用堆内存时的常见错误,内存分配未成功，却使用了它。 内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它。(误认为初始值为0) 内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界。 忘记了释放内存，造成内存泄露。 释放了内存却继续使用它。,关于悬空指针,一个指针变量，如果不为NULL且没
11、有指向有效的内存地址，都称为“悬空指针” 通过悬空指针访问其指向的内存区会使程序产生不可预知的错误。 如何避免悬空指针： 定义指针变量时坚持对其进行正确的初始化 在用free或delete释放内存之后，应及时将相应的指针置为NULL,悬空指针的例子(一),void somefuncion() int *p;. *p = 7;. ,void somefuncion() int *p = NULL; /正确地进行初始化. *p = 7;. ,悬空指针的例子(二),int main() int *p = NULL;p = (int*)malloc(sizeof(int);*p = 5;free(p)
12、;/ do something*p = 7;printf(“%d“, *p); ,内存泄漏的例子(一),void MyFunction(int nSize) char* p= new charnSize;if( !SomeFunc() )printf(“Error”);return;/using the string pointed by p;delete p; ,内存泄漏的例子(二),char *TransToEng(const char *inputStr) / 将中文翻译成英文 char *outputStr = (char*) malloc( ); /* 翻译 */return outputStr; int main() char *chineseStr = “欢迎光临“;char *englishStr = TransToEng(“欢迎光临“);printf(“%s“, englishStr); ,如何避免内存泄漏,运行检测法 定义自己的malloc和free函数，或者对new和delete进行重载，在运行时跟踪记录动态内存的分配和释放情况 利用专用的检测工具，如BoundsChecker 、Purify和Performance Monitor 利用复杂的程序设计技术(C+) 智能指针技术 为C+增加垃圾回收机制(可参考C+编程艺术艺术),
