C语言中的指针和内存泄漏

2019-11-17 05:48:46

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供稿：网友

在使用 C 语言时，您是否对花时间调试指针和内存泄漏问题感到厌倦？假如是这样，那么本文就适合您。您将了解可能导致内存破坏的指针操作类型，您还将研究一些场景，了解要在使用动态内存分配时考虑什么问题。

引言对于任何使用 C 语言的人，假如问他们 C 语言的最大烦恼是什么，其中许多人可能会回答说是指针和内存泄漏。这些的确是消耗了开发人员大多数调试时间的事项。指针和内存泄漏对某些开发人员来说似乎令人畏惧，但是一旦您了解了指针及其关联内存操作的基础，它们就是您在 C 语言中拥有的最强大工具。本文将与您分享开发人员在开始使用指针来编程前应该知道的秘密。本文内容包括：

导致内存破坏的指针操作类型
在使用动态内存分配时必须考虑的检查点
导致内存泄漏的场景

假如您预先知道什么地方可能出错，那么您就能够小心避免陷阱，并消除大多数与指针和内存相关的问题。 什么地方可能出错？ 有几种问题场景可能会出现，从而可能在完成生成后导致问题。在处理指针时，您可以使用本文中的信息来避免许多问题。 未初始化的内存 在本例中，p 已被分配了 10 个字节。这 10 个字节可能包含垃圾数据，如图 1 所示。char *p = malloc ( 10 );

图 1. 垃圾数据

假如在对这个 p 赋值前，某个代码段尝试访问它，则可能会获得垃圾值，您的程序可能具有不可猜测的行为。p 可能具有您的程序从未曾预料到的值。良好的实践是始终结合使用 memset 和 malloc，或者使用 calloc。char *p = malloc (10);memset(p,’/0’,10);
现在，即使同一个代码段尝试在对 p 赋值前访问它，该代码段也能正确处理 Null 值（在理想情况下应具有的值），然后将具有正确的行为。内存覆盖 由于 p 已被分配了 10 个字节，假如某个代码片段尝试向 p 写入一个 11 字节的值，则该操作将在不告诉您的情况下自动从其他某个位置“吃掉”一个字节。让我们假设指针 q 表示该内存。
图 2. 原始 q 内容

图 3. 覆盖后的 q 内容

    结果，指针 q 将具有从未预料到的内容。即使您的模块编码得足够好，也可能由于某个共存模块执行某些内存操作而具有不正确的行为。下面的示例代码片段也可以说明这种场景。 char *name = (char *) malloc(11); // Assign some value to namememcpy ( p,name,11); // PRoblem begins here
    在本例中，memcpy 操作尝试将 11 个字节写到 p，而后者仅被分配了 10 个字节。    作为良好的实践，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。一般情况下，memcpy 函数将是用于此目的的检查点。内存读取越界    内存读取越界 (overread) 是指所读取的字节数多于它们应有的字节数。这个问题并不太严重，在此就不再详述了。下面的代码提供了一个示例。 char *ptr = (char *)malloc(10);char name[20] ;memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here
    在本例中，memcpy 操作尝试从 ptr 读取 20 个字节，但是后者仅被分配了 10 个字节。这还会导致不希望的输出。
QQRead.com 推出数据恢复指南教程数据恢复指南教程数据恢复故障解析常用数据恢复方案硬盘数据恢复教程数据保护方法数据恢复软件专业数据恢复服务指南 内存泄漏     内存泄漏可能真正令人讨厌。下面的列表描述了一些导致内存泄漏的场景。

重新赋值我将使用一个示例来说明重新赋值问题。char *memoryArea = malloc(10);char *newArea = malloc(10);
这向如下面的图 4 所示的内存位置赋值。

图 4. 内存位置

memoryArea 和 newArea 分别被分配了 10 个字节，它们各自的内容如图 4 所示。假如某人执行如下所示的语句（指针重新赋值）……memoryArea = newArea;
则它肯定会在该模块开发的后续阶段给您带来麻烦。在上面的代码语句中，开发人员将 memoryArea 指针赋值给 newArea 指针。结果，memoryArea 以前所指向的内存位置变成了孤立的，如下面的图 5 所示。它无法释放，因为没有指向该位置的引用。这会导致 10 个字节的内存泄漏。

图 5. 内存泄漏

在对指针赋值前，请确保内存位置不会变为孤立的。
首先释放父块假设有一个指针 memoryArea，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 6 所示。

图 6. 动态分配的内存

free(memoryArea)
假如通过调用 free 来释放了 memoryArea，则 newArea 指针也会因此而变得无效。newArea 以前所指向的内存位置无法释放，因为已经没有指向该位置的指针。换句话说，newArea 所指向的内存位置变为了孤立的，从而导致了内存泄漏。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（在此例中为 newArea），并从那里开始释放，然后再遍历回父节点。这里的正确实现应该为：free( memoryArea->newArea);free(memoryArea);
返回值的不正确处理有时，某些函数会返回对动态分配的内存的引用。跟踪该内存位置并正确地处理它就成为了 calling 函数的职责。 char *func ( ){ return malloc(20); // make sure to memset this location to ‘/0’…}void callingFunc ( ){ func ( ); // Problem lies here}
在上面的示例中，callingFunc() 函数中对 func() 函数的调用未处理该内存位置的返回地址。结果，func() 函数所分配的 20 个字节的块就丢失了，并导致了内存泄漏。

归还您所获得的 在开发组件时，可能存在大量的动态内存分配。您可能会忘了跟踪所有指针（指向这些内存位置），并且某些内存段没有释放，还保持分配给该程序。始终要跟踪所有内存分配，并在任何适当的时候释放它们。事实上，可以开发某种机制来跟踪这些分配，比如在链表节点本身中保留一个计数器（但您还必须考虑该机制的额外开销）。 访问空指针 访问空指针是非常危险的，因为它可能使您的程序崩溃。始终要确保您不是在访问空指针。
总结本文讨论了几种在使用动态内存分配时可以避免的陷阱。要避免内存相关的问题，良好的实践是：