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C語言中的指針和內存泄漏

2019-11-17 05:48:46
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供稿:網友
    在使用 C 語言時,您是否對花時間調試指針和內存泄漏問題感到厭倦?假如是這樣,那么本文就適合您。您將了解可能導致內存破壞的指針操作類型,您還將研究一些場景,了解要在使用動態內存分配時考慮什么問題。
引言    對于任何使用 C 語言的人,假如問他們 C 語言的最大煩惱是什么,其中許多人可能會回答說是指針和內存泄漏。這些的確是消耗了開發人員大多數調試時間的事項。指針和內存泄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
  • 導致內存泄漏的場景
    假如您預先知道什么地方可能出錯,那么您就能夠小心避免陷阱,并消除大多數與指針和內存相關的問題。 什么地方可能出錯?    有幾種問題場景可能會出現,從而可能在完成生成后導致問題。在處理指針時,您可以使用本文中的信息來避免許多問題。 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
C語言中的指針和內存泄漏(圖一)
    假如在對這個 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猜測的行為。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 memsetmalloc,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),然后將具有正確的行為。內存覆蓋     由于 p 已被分配了 10 個字節,假如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
C語言中的指針和內存泄漏(圖二)

圖 3. 覆蓋后的 q 內容
C語言中的指針和內存泄漏(圖三)
    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,也可能由于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 namememcpy ( p,name,11); // PRoblem begins here
    在本例中,memcpy 操作嘗試將 11 個字節寫到 p,而后者僅被分配了 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 函數將是用于此目的的檢查點。內存讀取越界    內存讀取越界 (overread) 是指所讀取的字節數多于它們應有的字節數。這個問題并不太嚴重,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,但是后者僅被分配了 10 個字節。這還會導致不希望的輸出。 
QQRead.com 推出數據恢復指南教程 數據恢復指南教程 數據恢復故障解析 常用數據恢復方案 硬盤數據恢復教程 數據保護方法 數據恢復軟件 專業數據恢復服務指南 內存泄漏     內存泄漏可能真正令人討厭。下面的列表描述了一些導致內存泄漏的場景。
  • 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
    C語言中的指針和內存泄漏(圖四)

    memoryAreanewArea 分別被分配了 10 個字節,它們各自的內容如圖 4 所示。假如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后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 個字節的內存泄漏。

    圖 5. 內存泄漏
    C語言中的指針和內存泄漏(圖五)

    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。

    圖 6. 動態分配的內存
    C語言中的指針和內存泄漏(圖六)

    free(memoryArea)
    假如通過調用 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,從而導致了內存泄漏。 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),并從那里開始釋放,然后再遍歷回父節點。 這里的正確實現應該為: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。跟蹤該內存位置并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,并導致了內存泄漏。
歸還您所獲得的    在開發組件時,可能存在大量的動態內存分配。您可能會忘了跟蹤所有指針(指向這些內存位置),并且某些內存段沒有釋放,還保持分配給該程序。    始終要跟蹤所有內存分配,并在任何適當的時候釋放它們。事實上,可以開發某種機制來跟蹤這些分配,比如在鏈表節點本身中保留一個計數器(但您還必須考慮該機制的額外開銷)。 訪問空指針    訪問空指針是非常危險的,因為它可能使您的程序崩潰。始終要確保您不是 在訪問空指針。
總結    本文討論了幾種在使用動態內存分配時可以避免的陷阱。要避免內存相關的問題,良好的實踐是:
  • 始終結合使用 memset 和 malloc,或始終使用 calloc
  • 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。
  • 在對指針賦值前,要確保沒有內存位置會變為孤立的。
  • 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,都應首先遍歷子內存位置并從那里開始釋放,然后再遍歷回父節點。
  • 始終正確處理返回動態分配的內存引用的函數返回值。
  • 每個 malloc 都要有一個對應的 free。
  • 確保您不是在訪問空指針。


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