C語言中的指針和內(nèi)存泄漏

1、C語言中的指針和內(nèi)存泄漏在使用 C 語言時(shí)，您是否對(duì)花時(shí)間調(diào)試指針和內(nèi)存泄漏問題感到厭倦？如果是這樣，那么本文就適合您。您將了解可能導(dǎo)致內(nèi)存破壞的指針操作類型，您還將研究一些場景，了解要在使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)考慮什么問題。引言對(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

2、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。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。char *p = malloc ( 10 ;圖 1. 垃圾數(shù)據(jù)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

3、是始終結(jié)合使用 memset 和 malloc，或者使用 calloc。char *p = malloc (10;memset(p,0,10;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)容圖 3. 覆蓋后的 q 內(nèi)容結(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

4、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。char *name = (char * malloc(11; / Assign some value to namememcpy ( p,name,11; / Problem begins here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)。

5、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。char *ptr = (char *malloc(10;char name20 ;memcpy ( name,ptr,20; / Problem begins here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。char *memoryArea = malloc(10;char *newArea = malloc(10;這向如下面的圖

6、 4 所示的內(nèi)存位置賦值。圖 4. 內(nèi)存位置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）memoryArea = newArea; 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)存泄漏在對(duì)指針賦值前，請(qǐng)確保內(nèi)存位置不會(huì)變?yōu)楣铝⒌?。首先釋放父塊

7、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。圖 6. 動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存free(memoryArea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

8、后再遍歷回父節(jié)點(diǎn)。這里的正確實(shí)現(xiàn)應(yīng)該為：free( memoryArea->newArea;free(memoryArea;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)。char *func ( return malloc(20; / make sure to memset this location to 0void callingFunc ( func ( ; / Problem lies here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)

9、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