内存重叠是指在内存中存在两个或多个区域,它们的地址范围有交叉部分。在 C++ 中,内存重叠可能会导致程序出现不可预期的行为,因此我们需要了解它的原因和如何避免。

内存重叠的原因

内存重叠的主要原因是指针的使用。当我们使用指针访问内存时,如果指针指向的内存区域与另一个区域有交叉部分,就会产生内存重叠。

如下图,内存拷贝的两种情况:

第一种情况下,拷贝重叠的区域不会出现问题,内容均可以正确地被拷贝。

第二种情况下,问题出现在右边的两个字节,这两个字节的原来的内容首先就被覆盖了,而且没有保存。所以接下来拷贝的时候,拷贝的是已经被覆盖的内容,显然这是有问题的。

举个代码例子,下面的代码片段就会导致内存重叠:

char str[] = "Hello World";char* p = str + 1;memcpy(p, str, 11);

在上面的代码中,我们定义了一个字符数组 str,并使用指针 p 指向 str 中的第二个字符。接着,我们使用 memcpy 函数将 str 中的 11 个字符复制到了 p 指向的区域。由于 p 指向的区域与 str 有交叉部分,因此就产生了内存重叠。因为 memcpy 是直接按位复制拷贝,代码如下,所以会遇到情况二,拷贝的是已经被覆盖的内容。

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count){char *tmp = dest;const char *s = src;while (count--)*tmp++ = *s++;return dest;}

如何避免内存重叠

为了避免内存重叠,我们需要注意以下几点:

  • 尽量避免使用指针,尤其是指针运算和类型转换;
  • 在使用指针时,确保指针指向的内存区域与其他区域没有交叉部分;
  • 使用安全的内存操作函数,如 memcpy_smemmove 等,这些函数可以确保在复制内存时不会产生内存重叠。

memmove 是怎么避免内存重叠的影响呢,我们看看 memmove 的代码:

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n){    char *d = dest;    const char *s = src;    if (d < s) {        while (n--)            *d++ = *s++;    } else {        // 采用倒序拷贝        char *lasts = (char *)s + (n - 1);        char *lastd = d + (n - 1);        while (n--)            *lastd-- = *lasts--;    }    return dest;}

memmove 判断如果 destsrc 的时候(也就是前面图片的情况2),采用倒序拷贝,避免了内容被覆盖导致拷贝不完整的问题。

其原理图如下:

memcpy 与 strcpy 都没有内存重叠的问题,实际可以根据需要使用 memmove 。

总结

本文介绍了 C++ 中的内存重叠问题,指出了指针的使用是内存重叠的主要原因,并提供了避免内存重叠的方法,如尽量避免使用指针,确保指针指向的内存区域与其他区域没有交叉部分,使用安全的内存操作函数等。此外,还介绍了 memmove 函数如何避免内存重叠的影响。