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。

內(nèi)存泄漏可能會帶來以下幾種影響：

程序運行效率下降：由于內(nèi)存泄漏會導致程序內(nèi)存不足，從而導致程序運行效率下降，程序執(zhí)行變慢或者無法正常運行?？赡軙钩绦虮罎⒒蛘咭驗閮?nèi)存占用過多而啟動失敗。

程序出現(xiàn)安全漏洞：內(nèi)存泄漏也可能會導致安全漏洞，因為泄露的內(nèi)存中可能包含敏感數(shù)據(jù)，如密碼、銀行卡號等，這些數(shù)據(jù)可能被黑客利用來進行攻擊。

內(nèi)存資源枯竭：當程序長時間運行后，內(nèi)存泄漏所占用內(nèi)存不斷增加，系統(tǒng)可能會變得不穩(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，要果斷調用exit()函數(shù)主動殺死進程，而不是試圖挽救這個進程。

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被執(zhí)行。

一次性內(nèi)存泄漏：造成泄漏的代碼只會被執(zhí)行一次。

隱式內(nèi)存泄漏：程序在運行過程中不停的分配內(nèi)存，但是直到結束的時候才釋放內(nèi)存。嚴格的說這里并沒有發(fā)生內(nèi)存泄漏，因為最終程序釋放了所有申請的內(nèi)存。但是對于一個服務器程序，需要運行幾天，幾周甚至幾個月，不及時釋放內(nèi)存也可能導致最終耗盡系統(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態(tài)分配內(nèi)存后，未能正確釋放這些內(nèi)存空間，導致系統(tǒng)無法回收這部分內(nèi)存空間，從而造成資源浪費;內(nèi)存泄漏通常表現(xiàn)為程序運行過程中占用的內(nèi)存空間不斷增大，直至耗盡系統(tǒng)資源，導致程序崩潰或異常。

1.2 內(nèi)存泄漏的危害

(1)資源浪費：內(nèi)存泄漏會導致系統(tǒng)資源被無效占用，浪費寶貴的內(nèi)存空間;

(2)程序性能下降：隨著內(nèi)存泄漏的加劇，程序運行速度會逐漸減慢，響應時間延長，用戶體驗降低;

(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性受損：嚴重的內(nèi)存泄漏可能導致系統(tǒng)崩潰，影響整個系統(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，可能會忘記在使用完動態(tài)分配的內(nèi)存后釋放它們，從而導致內(nèi)存泄漏;

(2)指針丟失

在使用指針時，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，從而導致內(nèi)存泄漏;

(3)錯誤的內(nèi)存釋放

有時程序員可能會錯誤地釋放了不屬于自己管理的內(nèi)存，或者重復釋放同一塊內(nèi)存，這些錯誤的操作都可能導致內(nèi)存泄漏;

(4)作用域問題

在函數(shù)或循環(huán)等作用域內(nèi)動態(tài)分配的內(nèi)存，在作用域結束后如果沒有被正確釋放，也會導致內(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

在編譯時確定所有變量的內(nèi)存需求，由編譯器自動分配和釋放。這種方式的缺點是缺乏靈活性，無法在運行時動態(tài)調整內(nèi)存大小。

(2)動態(tài)內(nèi)存分配

在運行時根據(jù)需要動態(tài)地分配和釋放內(nèi)存。C語言提供了幾種動態(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，關鍵還是要養(yǎng)成良好的編碼檢視習慣。與內(nèi)存泄漏三要素對應，需要做到如下三點：

(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)成進一步排查的習慣;

(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?是全局數(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，是否進行了內(nèi)存釋放;

(3)如果確認對局部指針存在內(nèi)存申請操作，就需要分析該內(nèi)存的去向，是會被保存在全局變量嗎?又或者會被作為函數(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

動態(tài)分析工具的應用

動態(tài)分析工具，如Valgrind、Purify等，可以幫助程序員發(fā)現(xiàn)程序運行中的內(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。

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

避免內(nèi)存泄漏的編碼習慣

合理設計數(shù)據(jù)結構和算法

設計程序時要考慮到內(nèi)存管理。例如，使用數(shù)據(jù)結構時應確保在數(shù)據(jù)結構的生命周期結束時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)開始時分配資源，在函數(shù)結束時釋放資源的方式，確保資源使用的正確性。

正確釋放內(nèi)存

當動態(tài)分配內(nèi)存的用途結束后，應立即使用free()函數(shù)進行釋放。釋放后，應當將指針設置為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

在編寫具有多個返回點的函數(shù)時，確保在每個返回點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)引用可能導致內(nèi)存泄漏，因為即使這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，會有導致內(nèi)存泄漏甚至棧溢出的風險。優(yōu)化算法或改用循環(huán)可以減少這一風險。

通過結合這些策略，就能有效應對C語言中常見的內(nèi)存泄漏問題。最關鍵的是養(yǎng)成良好的編程習慣，注意內(nèi)存的動態(tài)分配與釋放，以及在設計程序結構時就預防內(nèi)存泄漏的發(fā)生。