解密C语言中的指针和内存泄漏
引言
对于任何使用?C?语言的人，如果问他们?C?语言的最大烦恼是什么，其中许多人可能会回答说是指针和内存泄漏。这些的确是消耗了开发人员大多数调试时间的事项。指针和内存泄漏对某些开发人员来说似乎令人畏惧，但是一旦您了解了指针及其关联内存操作的基础，它们就是您在?C?语言中拥有的最强大工具。本文将与您分享开发人员在开始使用指针来编程前应该知道的秘密。本文内容包括：
1.?导致内存破坏的指针操作类型
2.?在使用动态内存分配时必须考虑的检查点3.?导致内存泄漏的场景
如果您预先知道什么地方可能出错，那么您就能够小心避免陷阱，并消除大多数与指针和内存相关的问题。
啥是内存泄漏
内存泄露在维基百科中的解释如下：
在计算机科学中，内存泄漏指由于疏忽或错误造成程序未能释放已经不再使用的内存。内存泄漏并非指内存在物理上的消失，而是应用程序分配某段内存后，由于设计错误，导致在释放该段内存之前就失去了对该段内存的控制，从而造成了内存的浪费。
在C++中出现内存泄露的主要原因就是程序猿在申请了内存后(malloc(),?new)，没有及时释放没用的内存空间，甚至消灭了指针导致该区域内存空间根本无法释放。
知道了出现内存泄露的原因就能知道如何应对内存泄露，即：不用了的内存空间记得释放，不释放留着过年哇！内存泄漏可能会导致严重的后果：
●??程序运行后，随着时间占用了更多的内存，最后无内存可用而崩溃；●??程序消耗了大量的内存，导致其他程序无法正常使用；
●??程序消耗了大量内存，导致消费者选用了别人的程序而不是你的；●??经常做出内存泄露bug的程序猿被公司开出而贫困潦倒。如何知道自己的程序存在内存泄露？
根据内存泄露的原因及其恶劣的后果，我们可以通过其主要表现来发现程序是否存在内存泄漏：程序长时间运行后内存占用率一直不断的缓慢的上升，而实际上在你的逻辑中并没有这么多的内存需求。如何定位到泄露点呢？
根据原理，我们可以先review自己的代码，利用\delete，看看内存的申请与释放是不是成对释放的，这使你迅速发现一些逻辑较为简单的内存泄露情况。
如果依旧发生内存泄露，可以通过记录申请与释放的对象数目是否一致来判断。在类中追加一个静态变量?static?int?count;在构造函数中执行count++;在析构函数中执行count--;，通过在程序结束前将所有类析构，之后输出静态变量，看count的值是否为0，如果为0,则问题并非出现在该处，如果不为0，则是该类型对象没有完全释放。
检查类中申请的空间是否完全释放，尤其是存在继承父类的情况，看看子类中是否调用了父类的析构函数，有可能会因为子类析构时没有是否父类中申请的内存空间。
对于函数中申请的临时空间，认真检查，是否存在提前跳出函数的地方没有释放内存。
什么地方可能出错？
有几种问题场景可能会出现，从而可能在完成生成后导致问题。在处理指针时，您可以使用本文中的信息来避免许多问题。
未初始化的内存
在本例中，p?已被分配了?10?个字节。这?10?个字节可能包含垃圾数据，如图?1?所示。
char?*p?=?malloc?(?10?);
图?1.?垃圾数据
如果在对这个?p?赋值前，某个代码段尝试访问它，则可能会获得垃圾值，您的程序可能具有不可预测的行为。p?可能具有您的程序从未曾预料到的值。良好的习惯是始终结合使用?memset?和?malloc分配内存，或者使用?calloc。char?*p?=?malloc?(10);memset(p,’\\0’,10);
现在，即使同一个代码段尝试在对?p?赋值前访问它，该代码段也能正确处理?Null?值（在理想情况下应具有的值），然后将具有正确的行为。
内存覆盖
由于?p?已被分配了?10?个字节，如果某个代码片段尝试向?p?写入一个?11?字节的值，则该操作将在不告诉您的情况下自动从其他某个位置“吃掉”一个字节。让我们假设指针?q?表示该内存。
图?2.?原始?q?内容图?3.?覆盖后的?q?内容
结果，指针?q?将具有从未预料到的内容。即使您的模块编码得足够好，也可能由于某个共存模块执行某些内存操作而具有不正确的行为。下面的示例代码片段也可以说明这种场景。
char *name = (char *) malloc(11); // Assign some value to namememcpy ( p,name,11); // Problem begins here
在本例中，memcpy?操作尝试将?11?个字节写到?p，而后者仅被分配了?10?个字节。
作为良好的实践，每当向指针写入值时，都要确保对可用字节数和所写入的字节数进行交叉核对。一般情况下，memcpy?函数将是用于此目的的检查点。
内存读取越界
内存读取越界?(overread)?是指所读取的字节数多于它们应有的字节数。这个问题并不太严重，在此就不再详述了。下面的代码提供了一个示例。
char *ptr = (char *)malloc(10);char name[20] ;memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here
在本例中，memcpy?操作尝试从?ptr?读取?20?个字节，但是后者仅被分配了?10?个字节。这还会导致不希望的输出。
内存泄漏
内存泄漏可能真正令人讨厌。下面的列表描述了一些导致内存泄漏的场景。重新赋值
我将使用一个示例来说明重新赋值问题。
char *memoryArea = malloc(10);char *newArea = malloc(10);
这向如下面的图?4?所示的内存位置赋值。
图?4.?内存位置
memoryArea?和?newArea?分别被分配了?10?个字节，它们各自的内容如图?4?所示。如果某人执行如下所示的语句（指针重新赋值）……
memoryArea = newArea;
则它肯定会在该模块开发的后续阶段给您带来麻烦。
在上面的代码语句中，开发人员将?memoryArea?指针赋值给?newArea?指针。结果，memoryArea?以前所指向的内存位置变成了孤立的，如下面的图?5?所示。它无法释放，因为没有指向该位置的引用。这会导致?10?个字节的内存泄漏。
图?5.?内存泄漏
在对指针赋值前，请确保内存位置不会变为孤立的。首先释放父块
假设有一个指针?memoryArea，它指向一个?10?字节的内存位置。该内存位置的第三个字节又指向某个动态分配的?10?字节的内存位置，如图?6?所示。
图?6.?动态分配的内存
free(memoryArea)
如果通过调用?free?来释放了?memoryArea，则?newArea?指针也会因此而变得无效。newArea?以前所指向的内存位置无法释放，因为已经没有指向该位置的指针。换句话说，newArea?所指向的内存位置变为了孤立的，从而导致了内存泄漏。
每当释放结构化的元素，而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针时，应首先遍历子内存位置（在此例中为?newArea），并从那里开始释放，然后再遍历回父节点。
这里的正确实现应该为：
free( memoryArea->newArea);free(memoryArea);
返回值的不正确处理
有时，某些函数会返回对动态分配的内存的引用。跟踪该内存位置并正确地处理它就成为了?calling?函数的职责。
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()?函数中对?func()?函数的调用未处理该内存位置的返回地址。结果，func()?函数所分配的?20?个字节的块就丢失了，并导致了内存泄漏。
归还您所获得的
在开发组件时，可能存在大量的动态内存分配。您可能会忘了跟踪所有指针（指向这些内存位置），并且某些内存段没有释放，还保持分配给该程序。
始终要跟踪所有内存分配，并在任何适当的时候释放它们。事实上，可以开发某种机制来跟踪这些分配，比如在链表节点本身中保留一个计数器（但您还必须考虑该机制的额外开销）。
访问空指针
访问空指针是非常危险的，因为它可能使您的程序崩溃。始终要确保您不是?在访问空指针。
没有躲过的坑--指针（内存泄露）C++被人骂娘最多的就是指针。
夜深人静的时候，拿出几个使用指针容易出现的坑儿。可能我的语言描述有些让人费劲，尽量用代码说话。
通过指向类的NULL指针调用类的成员函数
试图用一个null指针调用类的成员函数，导致崩溃：
#include
为什么会这样？?
通过非法指针调用函数，就相当于给函数传递了一个指向函数的非法指针！?
但是为什么pA2->dumb()会成功呢？?因为导致崩溃的是访问了成员变量！！使用已经释放的指针
struct X{int data;};int foo(){struct X *pX;pX = (struct X *) malloc(sizeof (struct X));pX->data = 10;free(pX);...return pX->data;}
使用未初始化的指针
如果你这样写，编译器会提示你使用了未初始化的变量p。
void fooA(){int *p;*p = 100;}
那么如果我释放一个初始化的指针呢？
void fooB(){int *p;free(p);}
结果是一样的！！释放已经释放的指针直接看看代码：
void fooA(){char *p;p = (char *)malloc(100);cout << \\
这样的问题也许不会立即使你的程序崩溃，那样后果更加严重！！没有调用子类的析构函数
之前的博客讲过，父类的析构函数最好声明为虚！！
ParentClass *pObj = new ChildClass;...delete pObj;
上述代码会造成崩溃，如果父类的析构函数不声明为虚，那么不会调用继承类的析构函数，造成内存泄露。内存溢出
当我们拷贝字符串的时候，我们常常会用到?memcpy函数。这里特别需要注意的就是字符串结尾的null字符：
char *p = (char *)malloc(strlen(str));strcpy(p, str);
为了躲过这个坑，只需要把?strlen(str)?改为?strlen(str)+1。记一次指针使用不当造成的内存泄露
刚写完一段代码，由于将很运行在移动设备上，?我决定先测试一下内存的使用量，?结果发现了很严重的内存泄漏，?在前前后后翻看了new?和delete并确认没有漏写的情况下，?泄露依然存在！调试后最终确认了问题是因为union的不当使用造成的，?下面开始还原现场：
typedef struct DATA_{ ? ?DATA_(int size = 10) ? ?{ ? ? ? ?pVoid = new char[nSize];this->size = size; ? ?}virtual ~DATA_() ? ?{if (pVoid) ? ? ? ?{delete pVoid; ? ? ? ?} ? ?}int nSize;void *pVoid;}DATA, *LPDATA;
struct STRUCT1{ ? ?STRUCT1(int count) ? ?{ ? ? ? ?pVoid = new DATA[count];this->count = count; ? ?}virtual ~STRUCT1() ? ?{if (pVoid) ? ? ? ?{delete pVoid; ? ? ? ?} ? ?}int count;union ? ?{void *pVoid; ? ? ? ?LPDATA pData; ? ?}}
int main(int argc, char* argv[]){for( int i = 0; i < 1000; i++) ? ?{void *p = new STRUCT1( 10 );delete p; ? ?}return 0;}
在上面这段代码中，STRUCT1中包含了若干个DATA结构，DATA结构又申请了默认为10byte大小的内存，并且内存在对象析构的时候会用delete回收。乍一看这个代码貌似不会泄露内存，其实不然，待我分析：
在C++中构造函数与析构函数的调用是由编译器完成的，其中构造函数的调用一般是在对象空间开辟完以后（栈对象或者堆对象都是一样的），将参数压栈，this指针（对象的起始地址）放入eax寄存器（不同的编译器做法可能不同），然后跳到构造函数去执行。而析构函数的调用则是当对象内存被回收的时候被调
用（栈对象是当代码执行到变量可见域外之前调用，?堆对象是在delete语句的位置进行调用）。
然而编译器并是那么智能的可以理解coder的意图，析构函数的调用是根据当前delete的指针类型来确定的，而（下面）这段代码却没有提供类型，?这导致了DATA_的析构函数将不会被调用，内存泄漏就在所难免了。
virtual ~STRUCT1() ? ?{if (pVoid) ? {delete pVoid;//问题在这, 应该使用delete pData; ? ? ? ?} ? ?}
总结
本文讨论了几种在使用动态内存分配时应该避免的陷阱。要避免内存相关的问题，良好的习惯是：
1.??始终结合使用?memset?和?malloc分配内存，或始终使用?calloc。
2.??每当向指针写入值时，都要确保对可用字节数和所写入的字节数进行交叉核对。
3.??在对指针赋值前，要确保没有内存位置会变为孤立的。
4.??每当释放结构化的元素（而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针）时，都应首先遍历子内存位置并从那里开始释放，然后再遍历回父节点。5.?始终正确处理返回动态分配的内存引用的函数返回值。6.?每个?malloc?都要有一个对应的?free。7.?确保您不是在访问空指针。
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