C 語言中的指針和內存泄漏

jopen 10年前發布 | 11K 次閱讀內存泄漏 C/C++開發

引言

對于任何使用 C 語言的人，如果問他們 C 語言的最大煩惱是什么，其中許多人可能會回答說是指針和內存泄漏。這些的確是消耗了開發人員大多數調試時間的事項。指針和內存泄漏對某些開發人員來說似乎令人畏懼，但是一旦您了解了指針及其關聯內存操作的基礎，它們就是您在 C 語言中擁有的最強大工具。

本文將與您分享開發人員在開始使用指針來編程前應該知道的秘密。本文內容包括：

導致內存破壞的指針操作類型

在使用動態內存分配時必須考慮的檢查點

導致內存泄漏的場景

如果您預先知道什么地方可能出錯，那么您就能夠小心避免陷阱，并消除大多數與指針和內存相關的問題。

什么地方可能出錯？

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

未初始化的內存

在本例中，p 已被分配了 10 個字節。這 10 個字節可能包含垃圾數據，如圖 1 所示。

char *p = malloc ( 10 );

圖 1. 垃圾數據

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

良好的實踐是始終結合使用 memset 和 malloc，或者使用 calloc。

char *p = malloc (10);
memset(p,’’,10);

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

內存覆蓋

由于 p 已被分配了 10 個字節，如果某個代碼片段嘗試向 p 寫入一個 11 字節的值，則該操作將在不告訴您的情況下自動從其他某個位置“吃掉”一個字節。讓我們假設指針 q 表示該內存。

圖 2. 原始 q 內容

圖 3. 覆蓋后的 q 內容

結果，指針 q 將具有從未預料到的內容。即使您的模塊編碼得足夠好，也可能由于某個共存模塊執行某些內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。

char *name = (char *) malloc(11); 
// Assign some value to name
memcpy ( p,name,11); // Problem begins here

在本例中，memcpy 操作嘗試將 11 個字節寫到 p，而后者僅被分配了 10 個字節。

作為良好的實踐，每當向指針寫入值時，都要確保對可用字節數和所寫入的字節數進行交叉核對。一般情況下，memcpy 函數將是用于此目的的檢查點。

內存讀取越界

內存讀取越界 (overread) 是指所讀取的字節數多于它們應有的字節數。這個問題并不太嚴重，在此就不再詳述了。下面的代碼提供了一個示例。

char *ptr = (char *)malloc(10);
char name[20] ;
memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here

在本例中，memcpy 操作嘗試從 ptr 讀取 20 個字節，但是后者僅被分配了 10 個字節。這還會導致不希望的輸出。

內存泄漏

內存泄漏可能真正令人討厭。下面的列表描述了一些導致內存泄漏的場景。

重新賦值我將使用一個示例來說明重新賦值問題。

char *memoryArea = malloc(10);
char *newArea = malloc(10);

這向如下面的圖 4 所示的內存位置賦值。

圖 4. 內存位置

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

memoryArea = newArea;

則它肯定會在該模塊開發的后續階段給您帶來麻煩。

在上面的代碼語句中，開發人員將 memoryArea 指針賦值給 newArea 指針。結果，memoryArea 以前所指向的內存位置變成了孤立的，如下面的圖 5 所示。它無法釋放，因為沒有指向該位置的引用。這會導致 10 個字節的內存泄漏。

圖 5. 內存泄漏

在對指針賦值前，請確保內存位置不會變為孤立的。

首先釋放父塊假設有一個指針 memoryArea，它指向一個 10 字節的內存位置。該內存位置的第三個字節又指向某個動態分配的 10 字節的內存位置，如圖 6所示。

圖 6. 動態分配的內存

</li> </ul>

free(memoryArea)

如果通過調用 free 來釋放了 memoryArea，則 newArea 指針也會因此而變得無效。newArea 以前所指向的內存位置無法釋放，因為已經沒有指向該位置的指針。換句話說，newArea 所指向的內存位置變為了孤立的，從而導致了內存泄漏。

每當釋放結構化的元素，而該元素又包含指向動態分配的內存位置的指針時，應首先遍歷子內存位置（在此例中為 newArea），并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節點。

這里的正確實現應該為：

free( memoryArea->newArea);
free(memoryArea);

返回值的不正確處理

有時，某些函數會返回對動態分配的內存的引用。跟蹤該內存位置并正確地處理它就成為了 calling 函數的職責。

char *func ( )
{
        return malloc(20); // make sure to memset this location to ‘’…
}
void callingFunc ( )
{
        func ( ); // Problem lies here
}</pre> 
在上面的示例中，callingFunc() 函數中對 func() 函數的調用未處理該內存位置的返回地址。結果，func() 函數所分配的 20 個字節的塊就丟失了，并導致了內存泄漏。

歸還您所獲得的

在開發組件時，可能存在大量的動態內存分配。您可能會忘了跟蹤所有指針（指向這些內存位置），并且某些內存段沒有釋放，還保持分配給該程序。

始終要跟蹤所有內存分配，并在任何適當的時候釋放它們。事實上，可以開發某種機制來跟蹤這些分配，比如在鏈表節點本身中保留一個計數器（但您還必須考慮該機制的額外開銷）。

訪問空指針

訪問空指針是非常危險的，因為它可能使您的程序崩潰。始終要確保您不是 在訪問空指針。


總結

本文討論了幾種在使用動態內存分配時可以避免的陷阱。要避免內存相關的問題，良好的實踐是：


始終結合使用 memset 和 malloc，或始終使用 calloc。

每當向指針寫入值時，都要確保對可用字節數和所寫入的字節數進行交叉核對。

在對指針賦值前，要確保沒有內存位置會變為孤立的。

每當釋放結構化的元素（而該元素又包含指向動態分配的內存位置的指針）時，都應首先遍歷子內存位置并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節點。

始終正確處理返回動態分配的內存引用的函數返回值。

每個 malloc 都要有一個對應的 free。

確保您不是在訪問空指針。
</ul>
</div>
來源：developerWorks 中國
                    
                    
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