一、內(nèi)存泄漏是什么

內(nèi)存泄漏(Memory Leak)：由于某種原因，程序代碼中動(dòng)態(tài)申請的堆上內(nèi)存在使用后沒有被正確地釋放，從而造成內(nèi)存的浪費(fèi)。

內(nèi)存泄漏可能會(huì)帶來以下幾種影響：

程序運(yùn)行效率下降：由于內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致程序內(nèi)存不足，從而導(dǎo)致程序運(yùn)行效率下降，程序執(zhí)行變慢或者無法正常運(yùn)行?？赡軙?huì)使程序崩潰或者因?yàn)閮?nèi)存占用過多而啟動(dòng)失敗。

程序出現(xiàn)安全漏洞：內(nèi)存泄漏也可能會(huì)導(dǎo)致安全漏洞，因?yàn)樾孤兜膬?nèi)存中可能包含敏感數(shù)據(jù)，如密碼、銀行卡號(hào)等，這些數(shù)據(jù)可能被黑客利用來進(jìn)行攻擊。

內(nèi)存資源枯竭：當(dāng)程序長時(shí)間運(yùn)行后，內(nèi)存泄漏所占用內(nèi)存不斷增加，系統(tǒng)可能會(huì)變得不穩(wěn)定、非常緩慢甚至崩潰。為避免系統(tǒng)崩潰，在無法申請到內(nèi)存時(shí)，要果斷調(diào)用exit()函數(shù)主動(dòng)殺死進(jìn)程，而不是試圖挽救這個(gè)進(jìn)程。

以產(chǎn)生的方式來分類，內(nèi)存泄漏可以分為四類:

常發(fā)性內(nèi)存泄漏：產(chǎn)生內(nèi)存泄漏的代碼或者函數(shù)會(huì)被多次執(zhí)行到。

偶發(fā)性內(nèi)存泄漏：產(chǎn)生內(nèi)存泄漏的代碼只在特定的場景下才會(huì)被執(zhí)行。

一次性內(nèi)存泄漏：造成泄漏的代碼只會(huì)被執(zhí)行一次。

隱式內(nèi)存泄漏：程序在運(yùn)行過程中不停的分配內(nèi)存，但是直到結(jié)束的時(shí)候才釋放內(nèi)存。嚴(yán)格的說這里并沒有發(fā)生內(nèi)存泄漏，因?yàn)樽罱K程序釋放了所有申請的內(nèi)存。但是對于一個(gè)服務(wù)器程序，需要運(yùn)行幾天，幾周甚至幾個(gè)月，不及時(shí)釋放內(nèi)存也可能導(dǎo)致最終耗盡系統(tǒng)的所有內(nèi)存。

1. 內(nèi)存泄漏概述

1.1 內(nèi)存泄漏定義

在C語言中，內(nèi)存泄漏指的是程序在動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存后，未能正確釋放這些內(nèi)存空間，導(dǎo)致系統(tǒng)無法回收這部分內(nèi)存空間，從而造成資源浪費(fèi);內(nèi)存泄漏通常表現(xiàn)為程序運(yùn)行過程中占用的內(nèi)存空間不斷增大，直至耗盡系統(tǒng)資源，導(dǎo)致程序崩潰或異常。

1.2 內(nèi)存泄漏的危害

(1)資源浪費(fèi)：內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源被無效占用，浪費(fèi)寶貴的內(nèi)存空間;

(2)程序性能下降：隨著內(nèi)存泄漏的加劇，程序運(yùn)行速度會(huì)逐漸減慢，響應(yīng)時(shí)間延長，用戶體驗(yàn)降低;

(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性受損：嚴(yán)重的內(nèi)存泄漏可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

1.3 內(nèi)促泄漏的原因

(1)忘記釋放內(nèi)存

程序員在編寫代碼時(shí)，可能會(huì)忘記在使用完動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存后釋放它們，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏;

(2)指針丟失

在使用指針時(shí)，如果指針被意外修改或丟失，那么原本指向的內(nèi)存空間就無法被正確釋放，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏;

(3)錯(cuò)誤的內(nèi)存釋放

有時(shí)程序員可能會(huì)錯(cuò)誤地釋放了不屬于自己管理的內(nèi)存，或者重復(fù)釋放同一塊內(nèi)存，這些錯(cuò)誤的操作都可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏;

(4)作用域問題

在函數(shù)或循環(huán)等作用域內(nèi)動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存，在作用域結(jié)束后如果沒有被正確釋放，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

2. C語言中的內(nèi)存管理

2.1 C語言內(nèi)存分配方式

(1)靜態(tài)內(nèi)存分配

在編譯時(shí)確定所有變量的內(nèi)存需求，由編譯器自動(dòng)分配和釋放。這種方式的缺點(diǎn)是缺乏靈活性，無法在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存大小。

(2)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地分配和釋放內(nèi)存。C語言提供了幾種動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)，如malloc()、calloc()和realloc()等，可以在堆區(qū)分配指定大小的內(nèi)存空間。

內(nèi)存泄漏問題檢視方法

檢視內(nèi)存泄漏問題，關(guān)鍵還是要養(yǎng)成良好的編碼檢視習(xí)慣。與內(nèi)存泄漏三要素對應(yīng)，需要做到如下三點(diǎn)：

(1)在函數(shù)中看到有局部指針，就要警惕內(nèi)存泄漏問題，養(yǎng)成進(jìn)一步排查的習(xí)慣;

(2)分析對局部指針的賦值操作，是否屬于前面所說的“兩種堆內(nèi)存獲取方法”之一，如果是，就要分析函數(shù)返回的指針到底指向啥?是全局?jǐn)?shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)還是堆內(nèi)存?對于不熟悉的接口，要找到對應(yīng)的接口文檔或源代碼分析;又或者看看代碼中其它地方對該接口的引用，是否進(jìn)行了內(nèi)存釋放;

(3)如果確認(rèn)對局部指針存在內(nèi)存申請操作，就需要分析該內(nèi)存的去向，是會(huì)被保存在全局變量嗎?又或者會(huì)被作為函數(shù)返回值嗎?如果都不是，就需要排查函數(shù)所有有”return“的地方，保證內(nèi)存被正確釋放。

發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏

動(dòng)態(tài)分析工具的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)分析工具，如Valgrind、Purify等，可以幫助程序員發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行中的內(nèi)存泄漏。這些工具監(jiān)控程序執(zhí)行過程中的內(nèi)存分配與釋放，幫助發(fā)現(xiàn)未釋放的內(nèi)存區(qū)域。

代碼審查通過仔細(xì)審查代碼，也可以發(fā)現(xiàn)可能的內(nèi)存泄漏點(diǎn)。例如，每次使用malloc分配內(nèi)存時(shí)，都應(yīng)檢查是否有相應(yīng)的free調(diào)用，特別是在函數(shù)返回前或在數(shù)據(jù)不再需要時(shí)。

避免內(nèi)存泄漏的編碼習(xí)慣

合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法

設(shè)計(jì)程序時(shí)要考慮到內(nèi)存管理。例如，使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)確保在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的生命周期結(jié)束時(shí)能夠釋放其中所有分配的內(nèi)存。

使用RAII原則

資源獲取即初始化(RAII)是C++中的一個(gè)概念，但在C中也可以模仿這一原則。即通過在函數(shù)開始時(shí)分配資源，在函數(shù)結(jié)束時(shí)釋放資源的方式，確保資源使用的正確性。

正確釋放內(nèi)存

當(dāng)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的用途結(jié)束后，應(yīng)立即使用free()函數(shù)進(jìn)行釋放。釋放后，應(yīng)當(dāng)將指針設(shè)置為NULL，避免產(chǎn)生懸掛指針，且以后每次使用指針之前都應(yīng)檢查其是否為NULL。

確保所有分配的內(nèi)存都被釋放

在編寫具有多個(gè)返回點(diǎn)的函數(shù)時(shí)，確保在每個(gè)返回點(diǎn)之前都釋放了所有分配的內(nèi)存。這可以通過使用goto語句跳轉(zhuǎn)到函數(shù)末尾統(tǒng)一處理釋放操作，或者使用C11中引入的`_Generic`特性進(jìn)行清理。

內(nèi)存泄漏的特殊情況處理

處理循環(huán)引用

循環(huán)引用可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，因?yàn)榧词惯@些對象之間的引用已經(jīng)不再需要，它們也無法被釋放。

優(yōu)化遞歸調(diào)用

在涉及深層遞歸的函數(shù)中，如果遞歸過深且每層遞歸都分配新的內(nèi)存，會(huì)有導(dǎo)致內(nèi)存泄漏甚至棧溢出的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化算法或改用循環(huán)可以減少這一風(fēng)險(xiǎn)。

通過結(jié)合這些策略，就能有效應(yīng)對C語言中常見的內(nèi)存泄漏問題。最關(guān)鍵的是養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，注意內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配與釋放，以及在設(shè)計(jì)程序結(jié)構(gòu)時(shí)就預(yù)防內(nèi)存泄漏的發(fā)生。