作为一个在嵌入式系统行业工作了二十多年的人，我见证了技术的巨大进步—从8位微控制器到如今复杂的多核系统。然而，有一件事始终不变：C和C++中的指针。它是一把双刃剑，可以带来惊人的内存管理灵活性，但管理不善也会造成严重破坏。
最近，一个NULL指针导致系统崩溃的事件，清楚地提醒了我们在代码中安全使用指针是多么重要。
在这篇文章中，我们将探讨在C和C++中安全使用指针的最佳实践，确保您的嵌入式系统顺利运行而不会出现意外崩溃。
了解指针
指针本质上是存储其他变量内存地址的变量。指针可以实现高效的内存操作和动态内存分配，但也会带来风险，最明显的是，取消引用NULL或未初始化的指针可能会导致灾难性的故障。它们还可能导致安全漏洞、覆盖意外位置和其他问题，因此，了解指针的工作原理是安全使用指针的第一步。
声明指针
要声明一个指针，可以使用*运算符：
int *ptr; // A pointer to an integer
此声明不会为整数分配内存，它只是创建了一个可以指向整数内存位置的指针。在使用指针之前对其进行初始化非常重要，因为使用未初始化的指针可能会导致未定义的行为。(您的编译器可能会将其初始化为0或NULL，或者它可能只是保存分配之前内存的值)。
初始化指针
您可以通过多种方式初始化指针：
1. 分配变量地址：
int var = 42;
int *ptr = &var; // ptr now points to var
int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); // Allocating memory for one integer
if (ptr == NULL) {
// Handle memory allocation failure
}
*ptr = 42; // Assign a value to the allocated memory
安全指针使用的最佳实践
最佳实践1——始终初始化指针
int *ptr = NULL; // Initialize to NULL
指向NULL的指针比指向随机位置的指针更好。
最佳实践#2——解除引用前检查是否为NULL
将指针初始化为NULL的优点在于，我们可以在取消引用之前检查它以确保它已被初始化。如果值为0x08FF001234，我可能会假设此指针已初始化到正确的位置。(假设是不好的！我们或许可以使用MPU和其他链接器技巧来验证它是否指向正确的区域)。
在取消引用指针之前，请确保它不为NULL。这个简单的检查可以防止崩溃：
if (ptr != NULL) {
// Dereference and do useful work!
} else {
// Pointer is NULL, cannot dereference!
// Exception handling!
}
当我有一个函数指针数组时，我经常使用这个技巧。我可能有这样的表：
typedef void (*LedCommand_t)(void);
LedCommand_t LedCommands[] = {
turnLedOn,
turnLedOff,
NULL
}
表中的最后一项为NULL，因为这样可便于检查。我可以循环遍历该表，然后生成一行代码来调用该函数(只要它不为NULL)！
最佳实践3——在C++中使用智能指针
如果您使用C++，请考虑使用智能指针，例如std::unique_ptr和std::shared_ptr，它们提供自动内存管理功能：
#include
std::unique_ptr ptr(new int(42)); // Automatically deallocates memory
智能指针有助于自动管理内存，减少内存泄漏和悬垂指针的可能性。
最佳实践#4——谨慎使用指针算法
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr; // Pointer to the first element
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d\\n", *(ptr + i)); // Accessing elements using pointer arithmetic
}
最佳实践#5——使用工具链文件进行内存管理
set(MEMORY_START 0x20000000)
set(MEMORY_END 0x2001FFFF)
通过定义内存区域，您可以更有效地管理指针，确保它们指向有效的内存地址。您还可以使用这些内存区域来检查指针值的完整性！为指针赋值并不意味着指针值是正确的。
安全处理动态内存
策略1–始终释放已分配的内存
int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
if (ptr != NULL) {
*ptr = 42;
free(ptr); // Free the allocated memory
}
无法释放已分配的内存可能会导致内存耗尽，尤其是在长期运行的嵌入式系统中。
策略#2—释放后将指针设置为NULL
free(ptr);
ptr = NULL; // Prevents accidental dereference
这个简单的步骤可以避免因取消引用已释放的内存而导致的潜在崩溃。
策略3——使用RAII
class Resource {
public:
Resource() {
data = new int[10]; // Allocate memory
}
~Resource() {
delete[] data; // Deallocate memory
}
private:
int* data;
};
避免常见的指针陷阱
陷阱#1——指针强转
int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); // Avoid casting; it's unnecessary in C
让编译器完成其工作可以帮助发现编译过程中的潜在问题。
陷阱2——多个指针指向同一内存
int *ptr1 = (int *)malloc(sizeof(int));
int *ptr2 = ptr1;
*ptr1 = 10; // Both ptr1 and ptr2 point to the same memory
printf("Value through ptr2: %d\\n", *ptr2); // Outputs 10
如果您没有留意谁拥有内存，这种情况可能会导致意想不到的行为。
结论
END
