c语言内存泄露示例剖析

2020-02-24 14:34:54

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供稿：网友

想必对于C语言有研究的小伙伴都知道，内存泄露几乎是很难避免的，不管是老手还是新手，都存在这个问题，那今天我们就来展开说说C语言内存泄露示例剖析，一起往下学习吧。

正确的内存管理的重要性
存在内存错误的 C 和 C++ 程序会导致各种问题。如果它们泄漏内存，则运行速度会逐渐变慢，并最终停止运行；如果覆盖内存，则会变得非常脆弱，很容易受到恶意用户的攻击。从 1988 年著名的莫里斯蠕虫攻击到有关 Flash Player 和其他关键的零售级程序的最新安全警报都与缓冲区溢出有关：“大多数计算机安全漏洞都是缓冲区溢出”，Rodney Bates 在 2004 年写道。

在可以使用 C 或 C++ 的地方，也广泛支持使用其他许多通用语言（如 Java™、Ruby、Haskell、C#、Perl、Smalltalk 等），每种语言都有众多的爱好者和各自的优点。但是，从计算角度来看，每种编程语言优于 C 或 C++ 的主要优点都与便于内存管理密切相关。与内存相关的编程是如此重要，而在实践中正确应用又是如此困难，以致于它支配着面向对象编程语言、功能性编程语言、高级编程语言、声明性编程语言和另外一些编程语言的所有其他变量或理论。

与少数其他类型的常见错误一样，内存错误还是一种隐性危害：它们很难再现，症状通常不能在相应的源代码中找到。例如，无论何时何地发生内存泄漏，都可能表现为应用程序完全无法接受，同时内存泄漏不是显而易见。

因此，出于所有这些原因，需要特别关注 C 和 C++ 编程的内存问题。让我们看一看如何解决这些问题，先不谈是哪种语言。

内存错误的类别
首先，不要失去信心。有很多办法可以对付内存问题。我们先列出所有可能存在的实际问题：

•内存泄漏
•错误分配，包括大量增加 free() 释放的内存和未初始化的引用
•悬空指针
•数组边界违规

这是所有类型。即使迁移到 C++ 面向对象的语言，这些类型也不会有明显变化；无论数据是简单类型还是 C 语言的 struct 或 C++ 的类，C 和 C++ 中内存管理和引用的模型在原理上都是相同的。以下内容绝大部分是“纯 C”语言，对于扩展到 C++ 主要留作练习使用。

内存泄漏
在分配资源时会发生内存泄漏，但是它从不回收。下面是一个可能出错的模型（请参见清单 1）：

清单 1. 简单的潜在堆内存丢失和缓冲区覆盖

复制代码代码如下:

void f1(char *explanation) { char *p1; p1 = malloc(100); sprintf(p1,"The f1 error occurred because of '%s'.", explanation); local_log(p1); }

您看到问题了吗？除非 local_log() 对 free() 释放内存具有不寻常的响应能力，否则每次对 f1 的调用都会泄漏 100 字节。在记忆棒增量分发数兆字节内存时，一次泄漏是微不足道的，但是连续操作数小时后，即使如此小的泄漏也会削弱应用程序。

在实际的 C 和 C++ 编程中，这不足以影响您对 malloc() 或 new 的使用，本部分开头的句子提到了“资源”不是仅指“内存”，因为还有类似以下内容的示例（请参见清单 2）。FILE 句柄可能与内存块不同，但是必须对它们给予同等关注：

清单 2. 来自资源错误管理的潜在堆内存丢失

复制代码代码如下:

int getkey(char *filename) { FILE *fp; int key; fp = fopen(filename, "r"); fscanf(fp, "%d", &key); return key; }

fopen 的语义需要补充性的 fclose。在没有 fclose() 的情况下，C 标准不能指定发生的情况时，很可能是内存泄漏。其他资源（如信号量、网络句柄、数据库连接等）同样值得考虑。

内存错误分配
错误分配的管理不是很困难。下面是一个错误分配示例（请参见清单 3）：

清单 3. 未初始化的指针

复制代码代码如下:

void f2(int datum) { int *p2; /* Uh-oh! No one has initialized p2. */ *p2 = datum; ... }

关于此类错误的好消息是，它们一般具有显著结果。在 AIX® 下，对未初始化指针的分配通常会立即导致segmentation fault 错误。它的好处是任何此类错误都会被快速地检测到；与花费数月时间才能确定且难以再现的错误相比，检测此类错误的代价要小得多。

在此错误类型中存在多个变种。free() 释放的内存比 malloc() 更频繁（请参见清单 4）：

清单 4. 两个错误的内存释放

复制代码代码如下:

/* Allocate once, free twice. */ void f3() { char *p, *pp; p = malloc(10);
pp=p;
free(p); ... free(pp); } /* Allocate zero times, free once. */ void f4() { char *p;
...
/* Note that p remains uninitialized here. */ free(p); }

这些错误通常也不太严重。尽管 C 标准在这些情形中没有定义具体行为，但典型的实现将忽略错误，或者快速而明确地对它们进行标记；总之，这些都是安全情形。

悬空指针
悬空指针比较棘手。当程序员在内存资源释放后使用资源时会发生悬空指针（请参见清单 5）：

清单 5. 悬空指针

复制代码代码如下:

void f8() { struct x *xp; xp = (struct x *) malloc(sizeof (struct x)); xp.q = 13; ... free(xp); ... /* Problem! There's no guarantee that the memory block to which xp points hasn't been overwritten. */ return xp.q; }

传统的“调试”难以隔离悬空指针。由于下面两个明显原因，它们很难再现：

•即使影响提前释放内存范围的代码已本地化，内存的使用仍然可能取决于应用程序甚至（在极端情况下）不同进程中的其他执行位置。

•悬空指针可能发生在以微妙方式使用内存的代码中。结果是，即使内存在释放后立即被覆盖，并且新指向的值不同于预期值，也很难识别出新值是错误值。

悬空指针不断威胁着 C 或 C++ 程序的运行状态。

数组边界违规
数组边界违规十分危险，它是内存错误管理的最后一个主要类别。回头看一下清单 1；如果 explanation 的长度超过 80，则会发生什么情况？回答：难以预料，但是它可能与良好情形相差甚远。特别是，C 复制一个字符串，该字符串不适于为它分配的 100 个字符。在任何常规实现中，“超过的”字符会覆盖内存中的其他数据。内存中数据分配的布局非常复杂并且难以再现，所以任何症状都不可能追溯到源代码级别的具体错误。这些错误通常会导致数百万美元的损失。

.棘手的内存泄漏

复制代码代码如下:

static char *important_pointer = NULL; void f9() { if (!important_pointer) important_pointer = malloc(IMPORTANT_SIZE); ... if (condition) /* Ooops! We just lost the reference important_pointer already held. */ important_pointer = malloc(DIFFERENT_SIZE); ... }
do not返回局部指针变量或者局部变量的指针，除非是一个static局部变量
char *f0() {     char temp[]="123456789"; //加上static 才是正确的
return temp; }

以上就是小编分享的c语言内存泄露示例剖析，希望本文的内容对大家学习C语言能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流。

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