轉(zhuǎn)載，詳見原文：https://blog.csdn.net/qq_32319583/article/details/53641469?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-5.nonecase&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-5.nonecase

引言

原文地址：http://www.cnblogs.com/archimedes/p/c-point-memory-leak.html，轉(zhuǎn)載請注明源地址。

對(duì)于任何使用C語言的人，如果問他們C語言的最大煩惱是什么，其中許多人可能會(huì)回答說是指針和內(nèi)存泄漏。這些的確是消耗了開發(fā)人員大多數(shù)調(diào)試時(shí)間的事項(xiàng)。指針和內(nèi)存泄漏對(duì)某些開發(fā)人員來說似乎令人畏懼，但是一旦您了解了指針及其關(guān)聯(lián)內(nèi)存操作的基礎(chǔ)，它們就是您在 C 語言中擁有的最強(qiáng)大工具。

本文將與您分享開發(fā)人員在開始使用指針來編程前應(yīng)該知道的秘密。本文內(nèi)容包括：

• 導(dǎo)致內(nèi)存破壞的指針操作類型
• 在使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)必須考慮的檢查點(diǎn)
• 導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的場景

如果您預(yù)先知道什么地方可能出錯(cuò)，那么您就能夠小心避免陷阱，并消除大多數(shù)與指針和內(nèi)存相關(guān)的問題。

什么地方可能出錯(cuò)？

有幾種問題場景可能會(huì)出現(xiàn)，從而可能在完成生成后導(dǎo)致問題。在處理指針時(shí)，您可以使用本文中的信息來避免許多問題。

常見的內(nèi)存錯(cuò)誤及其對(duì)策如下：

1、內(nèi)存分配未成功，卻使用了它

編程新手常犯這種錯(cuò)誤，因?yàn)樗麄儧]有意識(shí)到內(nèi)存分配會(huì)不成功。常用解決辦法是，在使用內(nèi)存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數(shù)的參數(shù)，那么在函數(shù)

的入口處用assert(p!=NULL)進(jìn)行檢查。如果是用malloc或new來申請內(nèi)存，應(yīng)該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進(jìn)行防錯(cuò)處理。

2、內(nèi)存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它

犯這種錯(cuò)誤主要有兩個(gè)起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內(nèi)存的缺省初值全為零，導(dǎo)致引用初值錯(cuò)誤（例如數(shù)組）。

內(nèi)存的缺省初值究竟是什么并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，盡管有些時(shí)候?yàn)榱阒担覀儗幙尚牌錈o不可信其有。所以無論用何種方式創(chuàng)建數(shù)組，都別忘了賦初值，即便是賦零

值也不可省略，不要嫌麻煩。

3、內(nèi)存分配成功并且已經(jīng)初始化，但操作越過了內(nèi)存的邊界

例如在使用數(shù)組時(shí)經(jīng)常發(fā)生下標(biāo)“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環(huán)語句中，循環(huán)次數(shù)很容易搞錯(cuò)，導(dǎo)致數(shù)組操作越界。

4、忘記了釋放內(nèi)存，造成內(nèi)存泄露

含有這種錯(cuò)誤的函數(shù)每被調(diào)用一次就丟失一塊內(nèi)存。剛開始時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)存充足，你看不到錯(cuò)誤。終有一次程序突然死掉，系統(tǒng)出現(xiàn)提示：內(nèi)存耗盡。

未初始化的內(nèi)存

在本例中，p 已被分配了 10 個(gè)字節(jié)。這 10 個(gè)字節(jié)可能包含垃圾數(shù)據(jù)，如圖 1 所示。

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *p = malloc ( 10 );</pre>

圖 1. 垃圾數(shù)據(jù)

image

如果在對(duì)這個(gè) p 賦值前，某個(gè)代碼段嘗試訪問它，則可能會(huì)獲得垃圾值，您的程序可能具有不可預(yù)測的行為。p 可能具有您的程序從未曾預(yù)料到的值。

良好的實(shí)踐是始終結(jié)合使用 memset 和 malloc，或者使用 calloc。

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *p = malloc (10);
memset(p,’\0’,10);</pre>

現(xiàn)在，即使同一個(gè)代碼段嘗試在對(duì) p 賦值前訪問它，該代碼段也能正確處理 Null 值（在理想情況下應(yīng)具有的值），然后將具有正確的行為。

內(nèi)存覆蓋

由于 p 已被分配了 10 個(gè)字節(jié)，如果某個(gè)代碼片段嘗試向 p 寫入一個(gè) 11 字節(jié)的值，則該操作將在不告訴您的情況下自動(dòng)從其他某個(gè)位置“吃掉”一個(gè)字節(jié)。讓我們假設(shè)指針 q 表示該內(nèi)存。

圖 2. 原始 q 內(nèi)容

image

圖 3. 覆蓋后的 q 內(nèi)容

image

結(jié)果，指針 q 將具有從未預(yù)料到的內(nèi)容。即使您的模塊編碼得足夠好，也可能由于某個(gè)共存模塊執(zhí)行某些內(nèi)存操作而具有不正確的行為。下面的示例代碼片段也可以說明這種場景。

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *name = (char *) malloc(11); // Assign some value to name
memcpy ( p,name,11); // Problem begins here</pre>

在本例中，memcpy 操作嘗試將 11 個(gè)字節(jié)寫到 p，而后者僅被分配了 10 個(gè)字節(jié)。

作為良好的實(shí)踐，每當(dāng)向指針寫入值時(shí)，都要確保對(duì)可用字節(jié)數(shù)和所寫入的字節(jié)數(shù)進(jìn)行交叉核對(duì)。一般情況下，memcpy 函數(shù)將是用于此目的的檢查點(diǎn)。

內(nèi)存讀取越界

內(nèi)存讀取越界 (overread) 是指所讀取的字節(jié)數(shù)多于它們應(yīng)有的字節(jié)數(shù)。這個(gè)問題并不太嚴(yán)重，在此就不再詳述了。下面的代碼提供了一個(gè)示例。

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *ptr = (char *)malloc(10); char name[20] ;
memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here</pre>

在本例中，memcpy 操作嘗試從 ptr 讀取 20 個(gè)字節(jié)，但是后者僅被分配了 10 個(gè)字節(jié)。這還會(huì)導(dǎo)致不希望的輸出。

內(nèi)存泄漏

內(nèi)存泄漏可能真正令人討厭。下面的列表描述了一些導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的場景。

• 重新賦值

  我將使用一個(gè)示例來說明重新賦值問題。

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *memoryArea = malloc(10); char *newArea = malloc(10);</pre>

這向如下面的圖 4 所示的內(nèi)存位置賦值。

圖 4. 內(nèi)存位置

image

memoryArea 和 newArea 分別被分配了 10 個(gè)字節(jié)，它們各自的內(nèi)容如圖 4 所示。如果某人執(zhí)行如下所示的語句（指針重新賦值）……

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">memoryArea = newArea;</pre>

則它肯定會(huì)在該模塊開發(fā)的后續(xù)階段給您帶來麻煩。

在上面的代碼語句中，開發(fā)人員將 memoryArea 指針賦值給 newArea 指針。結(jié)果，memoryArea 以前所指向的內(nèi)存位置變成了孤立的，如下面的圖 5 所示。它無法釋放，因?yàn)闆]有指向該位置的引用。這會(huì)導(dǎo)致 10 個(gè)字節(jié)的內(nèi)存泄漏。

圖 5. 內(nèi)存泄漏

image

在對(duì)指針賦值前，請確保內(nèi)存位置不會(huì)變?yōu)楣铝⒌摹?/p>

• 首先釋放父塊

  假設(shè)有一個(gè)指針 memoryArea，它指向一個(gè) 10 字節(jié)的內(nèi)存位置。該內(nèi)存位置的第三個(gè)字節(jié)又指向某個(gè)動(dòng)態(tài)分配的 10 字節(jié)的內(nèi)存位置，如圖 6所示。

image

如果通過調(diào)用 free 來釋放了 memoryArea，則 newArea 指針也會(huì)因此而變得無效。newArea 以前所指向的內(nèi)存位置無法釋放，因?yàn)橐呀?jīng)沒有指向該位置的指針。換句話說，newArea 所指向的內(nèi)存位置變?yōu)榱斯铝⒌?，從而?dǎo)致了內(nèi)存泄漏。

每當(dāng)釋放結(jié)構(gòu)化的元素，而該元素又包含指向動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存位置的指針時(shí)，應(yīng)首先遍歷子內(nèi)存位置（在此例中為 newArea），并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節(jié)點(diǎn)。

這里的正確實(shí)現(xiàn)應(yīng)該為：

<pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">free( memoryArea->newArea);
free(memoryArea);</pre>

• 返回值的不正確處理

  有時(shí)，某些函數(shù)會(huì)返回對(duì)動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存的引用。跟蹤該內(nèi)存位置并正確地處理它就成為了 calling 函數(shù)的職責(zé)。

  <pre style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; font-family: Consolas, "Courier New", 宋體, Courier, mono, serif; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-size: 12px !important; line-height: 1; color: rgb(0, 0, 0);">char *func( )
  { return malloc(20); // make sure to memset this location to ‘\0’…
  } void callingFunc( )
  {
  func ( ); // Problem lies here
  }</pre>

  在上面的示例中，callingFunc() 函數(shù)中對(duì) func() 函數(shù)的調(diào)用未處理該內(nèi)存位置的返回地址。結(jié)果，func() 函數(shù)所分配的 20 個(gè)字節(jié)的塊就丟失了，并導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏。

歸還您所獲得的

在開發(fā)組件時(shí)，可能存在大量的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。您可能會(huì)忘了跟蹤所有指針（指向這些內(nèi)存位置），并且某些內(nèi)存段沒有釋放，還保持分配給該程序。

始終要跟蹤所有內(nèi)存分配，并在任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)候釋放它們。事實(shí)上，可以開發(fā)某種機(jī)制來跟蹤這些分配，比如在鏈表節(jié)點(diǎn)本身中保留一個(gè)計(jì)數(shù)器（但您還必須考慮該機(jī)制的額外開銷）。

訪問空指針

訪問空指針是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)樗赡苁鼓某绦虮罎?。始終要確保您不是 在訪問空指針。

總結(jié)

本文討論了幾種在使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)可以避免的陷阱。要避免內(nèi)存相關(guān)的問題，良好的實(shí)踐是：

• 始終結(jié)合使用 memset 和 malloc，或始終使用 calloc。
• 每當(dāng)向指針寫入值時(shí)，都要確保對(duì)可用字節(jié)數(shù)和所寫入的字節(jié)數(shù)進(jìn)行交叉核對(duì)。
• 在對(duì)指針賦值前，要確保沒有內(nèi)存位置會(huì)變?yōu)楣铝⒌摹?/li>
• 每當(dāng)釋放結(jié)構(gòu)化的元素（而該元素又包含指向動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存位置的指針）時(shí)，都應(yīng)首先遍歷子內(nèi)存位置并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節(jié)點(diǎn)。
• 始終正確處理返回動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存引用的函數(shù)返回值。
• 每個(gè) malloc 都要有一個(gè)對(duì)應(yīng)的 free。
• 確保您不是在訪問空指針。