【C语言】内存泄漏

wander

大家都知道，在堆上分配的内存，如果不再使用了，就应该及时释放，以便后面其他地方可以重用。而在 C 语言中，内存管理器不会自动回收不再使用的内存。如果忘了释放不再使用的内存，这些内存就不能被重用了，这就造成了内存泄漏。

内存泄漏几乎是很难避免的，不管是老手还是新手，都存在这个问题，甚至 Windows 与 Linux 这类系统软件也或多或少存在着内存泄漏。

也许对一般的应用软件来说，这个问题似乎不是那么突出与严重。一两处内存泄漏通常并不致于让程序崩溃，也不会带来逻辑上的错误，而且在进程退出时，系统会自动释放所有与该进程相关的内存（共享内存除外），所以内存泄漏的后果相对来说还是比较温和的。但是，量变会导致质变，一旦内存泄漏过多以致耗尽内存，后续内存分配将会失败，程序就可能因此而崩溃。

在常见情况下，内存泄漏的主要可见症状就是罪魁进程的速度减慢。原因是体积大的进程更有可能被系统换出，让别的进程运行，而且大的进程在换进换出时花费的时间也更多。即使泄漏的内存本身并不被引用，但它仍然可能存在于页面中（内容自然是垃圾），这样就增加了进程的工作页数量，降低了性能。

下面展示了一些导致内存泄漏的常见场景。
1) 指针重新赋值

看下面一段示例代码：

• char * p = (char *)malloc(10);
• char * np = (char *)malloc(10);
  

其中，指针变量 p 和 np 分别被分配了 10 个字节的内存，它们各自的内存如图 1 所示。

图 1 p 和 np 赋值前的内存

如果程序需要执行如下赋值语句：

• p=np;
  

这时候，指针变量 p 被 np 指针重新赋值，其结果是 p 以前所指向的内存位置变成了孤立的内存，如图 2 所示。它无法释放，因为没有指向该位置的引用，从而导致 10 字节的内存泄漏。

图 2 p 和 np 赋值后的内存

因此，在对指针赋值前，一定确保内存位置不会变为孤立的。
2) 错误的内存释放


假设有一个指针变量 p，它指向一个 10 字节的内存位置。该内存位置的第三个字节又指向某个动态分配的 10 字节的内存位置，如图 3 所示。

图 3 p 所指向的内存

如果程序需要执行如下赋值语句时：

• free(p);
  

很显然，如果通过调用 free 来释放指针 p，则 np 指针也会因此而变得无效。np 以前所指向的内存位置也无法释放，因为已经没有指向该位置的指针。换句话说，np 所指向的内存位置变为孤立的，从而导致内存泄漏。

因此，每当释放结构化的元素，而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针时，应首先遍历子内存位置（如本示例中的 np），并从那里开始释放，然后再遍历回父节点，如下面的代码所示：

• free(p->np);
• free(p);
  

3) 返回值的不正确处理


有时候，某些函数会返回对动态分配的内存的引用，如下面的示例代码所示：

• char *f()
• {
•     return (char *)malloc(10);
• }
• void f1()
• {
•     f();
• }
  

很明显，函数 f1 中对 f 函数的调用并未处理该内存位置的返回地址，其结果将导致 f 函数所分配的 10 个字节的块丢失，并导致内存泄漏。
4) 在内存分配后忘记使用 free 进行释放


最后，要避免这些内存相关的问题导致的内存越界与内存遗漏等错误，可以参考如下几点进行：

• 确保没有在访问空指针。
• 每个内存分配函数都应该有一个 free 函数与之对应，alloca 函数除外。
• 每次分配内存之后都应该及时进行初始化，可以结合 memset 函数进行初始化，calloc 函数除外。
• 每当向指针写入值时，都要确保对可用字节数和所写入的字节数进行交叉核对。
• 在对指针赋值前，一定要确保没有内存位置会变为孤立的。
• 每当释放结构化的元素（而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针）时，都应先遍历子内存位置并从那里开始释放，然后再遍历回父节点。
• 始终正确处理返回动态分配的内存引用的函数返回值。