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C語言中的指針和內存洩漏

編輯：C++入門知識

引言

對於任何使用C語言的人，如果問他們C語言的最大煩惱是什麼，其中許多人可能會回答說是指針和內存洩漏。這些的確是消耗了開發人員大多數調試時間的事項。指針和內存洩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
導致內存洩漏的場景

如果您預先知道什麼地方可能出錯，那麼您就能夠小心避免陷阱，並消除大多數與指針和內存相關的問題。

本文地址：http://www.cnblogs.com/archimedes/p/c-point-memory-leak.html，轉載請注明源地址。

什麼地方可能出錯？

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

常見的內存錯誤及其對策如下：

1、內存分配未成功，卻使用了它

編程新手常犯這種錯誤，因為他們沒有意識到內存分配會不成功。常用解決辦法是，在使用內存之前檢查指針是否為NULL。如果指針p是函數的參數，那麼在函數

的入口處用assert(p!=NULL)進行檢查。如果是用malloc或new來申請內存，應該用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)進行防錯處理。

2、內存分配雖然成功，但是尚未初始化就引用它

　　犯這種錯誤主要有兩個起因：一是沒有初始化的觀念；二是誤以為內存的缺省初值全為零，導致引用初值錯誤（例如數組）。

內存的缺省初值究竟是什麼並沒有統一的標准，盡管有些時候為零值，我們寧可信其無不可信其有。所以無論用何種方式創建數組，都別忘了賦初值，即便是賦零

值也不可省略，不要嫌麻煩。

3、內存分配成功並且已經初始化，但操作越過了內存的邊界

例如在使用數組時經常發生下標“多1”或者“少1”的操作。特別是在for循環語句中，循環次數很容易搞錯，導致數組操作越界。

4、忘記了釋放內存，造成內存洩露

含有這種錯誤的函數每被調用一次就丟失一塊內存。剛開始時系統的內存充足，你看不到錯誤。終有一次程序突然死掉，系統出現提示：內存耗盡。

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,’\0’,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），然後將具有正確的行為。

內存覆蓋

由於 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. 覆蓋後的 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，也可能由於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，而後者僅被分配了 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 函數將是用於此目的的檢查點。

內存讀取越界

內存讀取越界 (overread) 是指所讀取的字節數多於它們應有的字節數。這個問題並不太嚴重，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，但是後者僅被分配了 10 個字節。這還會導致不希望的輸出。

內存洩漏

內存洩漏可能真正令人討厭。下面的列表描述了一些導致內存洩漏的場景。

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後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 個字節的內存洩漏。

圖 5. 內存洩漏

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。

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，從而導致了內存洩漏。

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），並從那裡開始釋放，然後再遍歷回父節點。

這裡的正確實現應該為：

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。跟蹤該內存位置並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 ‘\0’…
}
void callingFunc( )
{
    func ( ); // Problem lies here
}
```
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，並導致了內存洩漏。