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c语言内存泄露示例解析

时间:2020-12-25 14:50     来源/作者:C语言教程网

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; }
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