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淺談內存洩漏(一)

編輯:VC++

  對於一個c/c++程序員來說,內存洩漏是一個常見的也是令人頭疼的問題。已經有許多技術被研究出來以應對這個問題,比如Smart Pointer,Garbage Collection等。Smart Pointer技術比較成熟,STL中已經包含支持Smart Pointer的class,但是它的使用似乎並不廣泛,而且它也不能解決所有的問題;Garbage Collection技術在Java中已經比較成熟,但是在c/c++領域的發展並不順暢,雖然很早就有人思考在C++中也加入GC的支持。現實世界就是這樣的,作為一個c/c++程序員,內存洩漏是你心中永遠的痛。不過好在現在有許多工具能夠幫助我們驗證內存洩漏的存在,找出發生問題的代碼。

  內存洩漏的定義

  一般我們常說的內存洩漏是指堆內存的洩漏。堆內存是指程序從堆中分配的,大小任意的(內存塊的大小可以在程序運行期決定),使用完後必須顯示釋放的內存。應用程序一般使用malloc,realloc,new等函數從堆中分配到一塊內存,使用完後,程序必須負責相應的調用free或delete釋放該內存塊,否則,這塊內存就不能被再次使用,我們就說這塊內存洩漏了。以下這段小程序演示了堆內存發生洩漏的情形:

  void MyFunction(int nSize)

  {

  char* p= new char[nSize];

  if( !GetStringFrom( p, nSize ) ){

  MessageBox(“Error”);

  return;

  }

  …//using the string pointed by p;

  delete p;

  }

例一

  當函數GetStringFrom()返回零的時候,指針p指向的內存就不會被釋放。這是一種常見的發生內存洩漏的情形。程序在入口處分配內存,在出口處釋放內存,但是c函數可以在任何地方退出,所以一旦有某個出口處沒有釋放應該釋放的內存,就會發生內存洩漏。

  廣義的說,內存洩漏不僅僅包含堆內存的洩漏,還包含系統資源的洩漏(resource leak),比如核心態HANDLE,GDI Object,SOCKET, Interface等,從根本上說這些由操作系統分配的對象也消耗內存,如果這些對象發生洩漏最終也會導致內存的洩漏。而且,某些對象消耗的是核心態內存,這些對象嚴重洩漏時會導致整個操作系統不穩定。所以相比之下,系統資源的洩漏比堆內存的洩漏更為嚴重。

  GDI Object的洩漏是一種常見的資源洩漏:

  void CMyView::OnPaint( CDC* pDC )

  {

  CBitmap bmp;

  CBitmap* pOldBmp;

  bmp.LoadBitmap(IDB_MYBMP);

  pOldBmp = pDC->SelectObject( &bmp );

  …

  if( Something() ){

  return;

  }

  pDC->SelectObject( pOldBmp );

  return;

  }

例二

  當函數Something()返回非零的時候,程序在退出前沒有把pOldBmp選回pDC中,這會導致pOldBmp指向的HBITMAP對象發生洩漏。這個程序如果長時間的運行,可能會導致整個系統花屏。這種問題在Win9x下比較容易暴露出來,因為Win9x的GDI堆比Win2k或NT的要小很多。

  內存洩漏的發生方式:

  以發生的方式來分類,內存洩漏可以分為4類:

  1. 常發性內存洩漏。發生內存洩漏的代碼會被多次執行到,每次被執行的時候都會導致一塊內存洩漏。比如例二,如果Something()函數一直返回True,那麼pOldBmp指向的HBITMAP對象總是發生洩漏。

  2. 偶發性內存洩漏。發生內存洩漏的代碼只有在某些特定環境或操作過程下才會發生。比如例二,如果Something()函數只有在特定環境下才返回True,那麼pOldBmp指向的HBITMAP對象並不總是發生洩漏。常發性和偶發性是相對的。對於特定的環境,偶發性的也許就變成了常發性的。所以測試環境和測試方法對檢測內存洩漏至關重要。

  3. 一次性內存洩漏。發生內存洩漏的代碼只會被執行一次,或者由於算法上的缺陷,導致總會有一塊僅且一塊內存發生洩漏。比如,在類的構造函數中分配內存,在析構函數中卻沒有釋放該內存,但是因為這個類是一個Singleton,所以內存洩漏只會發生一次。另一個例子:

  char* g_lpszFileName = NULL;

  void SetFileName( const char* lpcszFileName )

  {

  if( g_lpszFileName ){

  free( g_lpszFileName );

  }

  g_lpszFileName = strdup( lpcszFileName );
  
  }
例三

  如果程序在結束的時候沒有釋放g_lpszFileName指向的字符串,那麼,即使多次調用SetFileName(),總會有一塊內存,而且僅有一塊內存發生洩漏。

  4. 隱式內存洩漏。程序在運行過程中不停的分配內存,但是直到結束的時候才釋放內存。嚴格的說這裡並沒有發生內存洩漏,因為最終程序釋放了所有申請的內存。但是對於一個服務器程序,需要運行幾天,幾周甚至幾個月,不及時釋放內存也可能導致最終耗盡系統的所有內存。所以,我們稱這類內存洩漏為隱式內存洩漏。舉一個例子:

  class Connection

  {

  public:

  Connection( SOCKET s);

  ~Connection();

  …

  private:

  SOCKET _socket;

  …

  };

  class ConnectionManager

  {

  public:

  ConnectionManager(){

  }

  ~ConnectionManager(){

  list::iterator it;

  for( it = _connlist.begin(); it != _connlist.end(); ++it ){

  delete (*it);

}

_connlist.clear();

}

void OnClientConnected( SOCKET s ){

Connection* p = new Connection(s);

_connlist.push_back(p);

}

void OnClientDisconnected( Connection* pconn ){

_connlist.remove( pconn );

delete pconn;

}

private:

list _connlist;

};

例四

假設在Client從Server端斷開後,Server並沒有呼叫OnClientDisconnected()函數,那麼代表那次連接的Connection對象就不會被及時的刪除(在Server程序退出的時候,所有Connection對象會在ConnectionManager的析構函數裡被刪除)。當不斷的有連接建立、斷開時隱式內存洩漏就發生了。

從用戶使用程序的角度來看,內存洩漏本身不會產生什麼危害,作為一般的用戶,根本感覺不到內存洩漏的存在。真正有危害的是內存洩漏的堆積,這會最終消耗盡系統所有的內存。從這個角度來說,一次性內存洩漏並沒有什麼危害,因為它不會堆積,而隱式內存洩漏危害性則非常大,因為較之於常發性和偶發性內存洩漏它更難被檢測到。

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