在Modern C 之前，C 無疑是個更容易寫出坑的語言，無論從開發(fā)效率，和易坑性，讓很多新手望而卻步。比如內存泄露問題，就是經常會被寫出來的坑，本文就讓我們一起來看看，這些讓現在或者曾經的C 程序員淚流滿面的內存泄露場景吧。你是否有踩過？

1. 函數內或者類成員內存未釋放

這類問題可以稱之為out of scope的時候，并沒有釋放相應對象的堆上內存。有時候最簡單的場景，反而是最容易犯錯的。這個我想主要是因為經常寫，哪有不出錯。下面場景一看就知道了，當你在寫XXX_Class * pObj = new XXX_Class();這一行的時候，腦子里面還在默念記得要釋放pObj ，記得要釋放pObj, 可能因為重要的事情要說三遍，而你只喊了兩遍，最終還是忘記了寫delete pObj;?這樣去釋放對象。

void?MemoryLeakFunction()
{
??XXX_Class?*?pObj?=?new?XXX_Class();
??pObj->DoSomething();
??return;?
}
下面這個場景，就是析構函數中并沒有釋放成員所指向的內存。這個我們就要注意了，一般當你構建一個類的時候，寫析構函數一定要切記釋放類成員關聯(lián)的資源。

class?MemoryLeakClass
{
public:
??MemoryLeakClass()?
??{?
????m_pObj?=?new?XXX_ResourceClass;
??}
??void?DoSomething()
??{
????m_pObj->DoSomething();
??}
??~MemoryLeakClass()
??{
????;
??}
private:
??XXX_ResourceClass*?m_pObj;
};
上述這兩種代碼例子，是不是讓一個C 工程師如履薄冰，完全看自己的大腦在不在狀態(tài)。在boost或者C 11后，通過智能指針去進行包裹這個原始指針，這是一種RAII的思想(可以參閱本文末尾的關聯(lián)閱讀)， 在out of scope的時候，釋放自己所包裹的原始指針指向的資源。將上述例子用unique_ptr改寫一下。

void?MemoryLeakFunction()
{
??std::unique_ptr?pObj?=?make_unique();
??pObj->DoSomething();
??return;?
}


2. delete []

大家知道C 中這樣一個語句XXX_Class * pObj = new XXX_Class();?中的new我們一般稱其為C 關鍵字?(keyword), 就以這個語句為例做了兩個操作:

1. 調用了operator new從堆上申請所需的空間

2. 調用XXX_Class的構造函數

那么當你調用delete pObj;的時候，道理同new，剛好相反:

1. 調用了XXX_Class的析構函數

2. 通過operator delete?釋放了內存

一切似乎都沒有什么問題，然后又一個坑來了。但如果申請的是一個數組呢，入下述例子:

class?MemoryLeakClass
{
public:
??MemoryLeakClass()?
??{?
????m_pStr?=?new?char[100];
??}
??void?DoSomething()
{
????strcpy_s(m_pStr,?100,?"Hello?Memory?Leak!");
????std::cout?<std::endl;
??}
??~MemoryLeakClass()
??{
????delete?m_pStr;
??}
private:
??char?*m_pStr;
};

void?MemoryLeakFunction()
{
??const?int?iSize?=?5;
??MemoryLeakClass*?pArrayObjs?=?new?MemoryLeakClass?[iSize];
??for?(int?i?=?0;?i???{
????(pArrayObjs i)->DoSomething();
??}
??delete?pArrayObjs;
}
上述例子通過MemoryLeakClass* pArrayObjs = new MemoryLeakClass [iSize];申請了一個MemoryLeakClass數組，那么調用不匹配的delete pArrayObjs;, 會產生內存泄露。先看看下圖, 然后結合剛講的delete的行為：
那么其實調用delete pArrayObjs;的時候，釋放了整個pArrayObjs的內存，但是只調用了pArrayObjs[0]析構函數并釋放中的m_pStr指向的內存。pArrayObjs 1~4并沒有調用析構函數，從而導致其中的m_pStr指向的內存沒有釋放。所以我們要注意new和delete要匹配使用，當使用的new []申請的內存最好要用delete[]。那么留一個問題給讀者, 上面代碼delete m_pStr;會導致同樣的問題嗎？如果總是要讓我們自己去保證，new和delete的配對，顯然還是難以避免錯誤的發(fā)生的。這個時候也可以使用unique_ptr, 修改如下：

void?MemoryLeakFunction()
{
??const?int?iSize?=?5;
??std::unique_ptr?pArrayObjs?=?std::make_unique(iSize);
??for?(int?i?=?0;?i???{
????(pArrayObjs.get() i)->DoSomething();
??}
}


3. delete (void*)

如果上一個章節(jié)已經有理解，那么對于這個例子，就很容易明白了。正因為C 的靈活性，有時候會將一個對象指針轉換為void *，隱藏其類型。這種情況SDK比較常用，實際上返回的并不是SDK用的實際類型，而是一個沒有類型的地址，當然有時候我們會為其親切的取一個名字，比如叫做XXX_HANDLE。那么繼續(xù)用上述為例MemoryLeakClass， SDK假設提供了下面三個接口:

1. InitObj創(chuàng)建一個對象，并且返回一個PROGRAMER_HANDLE(即void *)，對應用程序屏蔽其實際類型

2. DoSomething?提供了一個功能去做一些事情，輸入的參數，即為通過InitObj申請的對象

3. 應用程序使用完畢后，一般需要釋放SDK申請的對象，提供了FreeObj

typedef?void?*?PROGRAMER_HANDLE;

PROGRAMER_HANDLE?InitObj()
{
??MemoryLeakClass*?pObj?=?new?MemoryLeakClass();
??return?(PROGRAMER_HANDLE)pObj;
}

void?DoSomething(PROGRAMER_HANDLE?pHandle)
{
??((MemoryLeakClass*)pHandle)->DoSomething();
}

void?FreeObj(void?*pObj)
{
??delete?pObj;
}
看到這里，也許有讀者已經發(fā)現問題所在了。上述代碼在調用FreeObj的時候，delete看到的是一個void *, 只會釋放對象所占用的內存，但是并不會調用對象的析構函數，那么對象內部的m_pStr所指向的內存并沒有被釋放，從而會導致內存泄露。修改也是自然比較簡單的:

void?FreeObj(void?*pObj)
{
??delete?((MemoryLeakClass*)pObj);
}
那么一般來說，最好由相對資深的程序員去進行SDK的開發(fā)，無論從設計和實現上面，都盡量避免了各種讓人淚流滿滿的坑。

4. Virtual destructor

現在大家來看看這個很容易犯錯的場景, 一個很常用的多態(tài)場景。那么在調用delete pObj;會出現內存泄露嗎？

class?Father
{
public:
??virtual?void?DoSomething()
{
????std::cout?<"Father?DoSomething()"?<std::endl;
??}
};

class?Child?:?public?Father
{
public:
??Child()
??{
????std::cout?<"Child()"?<std::endl;
????m_pStr?=?new?char[100];
??}

??~Child()
??{
????std::cout?<"~Child()"?<std::endl;
????delete[]?m_pStr;
??}

??void?DoSomething()
{
????std::cout?<"Child?DoSomething()"?<std::endl;
??}
protected:
??char*?m_pStr;
};

void?MemoryLeakVirualDestructor()
{
??Father?*?pObj?=?new?Child;
??pObj->DoSomething();
??delete?pObj;
}
會的，因為Father沒有設置Virtual 析構函數，那么在調用delete pObj;的時候會直接調用Father的析構函數，而不會調用Child的析構函數，這就導致了Child中的m_pStr所指向的內存，并沒有被釋放，從而導致了內存泄露。并不是絕對，當有這種使用場景的時候，最好是設置基類的析構函數為虛析構函數。修改如下:

class?Father
{
public:
??virtual?void?DoSomething()
{
????std::cout?<"Father?DoSomething()"?<std::endl;
??}
??virtual?~Father()?{?;?}
};

class?Child?:?public?Father
{
public:
??Child()
??{
????std::cout?<"Child()"?<std::endl;
????m_pStr?=?new?char[100];
??}

??virtual?~Child()
??{
????std::cout?<"~Child()"?<std::endl;
????delete[]?m_pStr;
??}

??void?DoSomething()
{
????std::cout?<"Child?DoSomething()"?<std::endl;
??}
protected:
??char*?m_pStr;
};


5. 對象循環(huán)引用

看下面例子，既然為了防止內存泄露，于是使用了智能指針shared_ptr；并且這個例子就是創(chuàng)建了一個雙向鏈表，為了簡單演示，只有兩個節(jié)點作為演示，創(chuàng)建了鏈表后，對鏈表進行遍歷。
那么這個例子會導致內存泄露嗎?

struct?Node
{
??Node(int?iVal)
??{
????m_iVal?=?iVal;
??}
??~Node()
??{
????std::cout?<"~Node():?"?<"Node?Value:?"?<std::endl;
??}
??void?PrintNode()
{
????std::cout?<"Node?Value:?"?<std::endl;
??}

??std::shared_ptr?m_pPreNode;
??std::shared_ptr?m_pNextNode;
??int?m_iVal;
};

void?MemoryLeakLoopReference()
{
??std::shared_ptr?pFirstNode?=?std::make_shared(100);
??std::shared_ptr?pSecondNode?=?std::make_shared(200);
??pFirstNode->m_pNextNode?=?pSecondNode;
??pSecondNode->m_pPreNode?=?pFirstNode;

??//Iterate?nodes
??auto?pNode?=?pFirstNode;
??while?(pNode)
??{
????pNode->PrintNode();
????pNode?=?pNode->m_pNextNode;
??}
}
先來看看下圖，是鏈表創(chuàng)建完成后的示意圖。有點暈乎了，怎么一個雙向鏈表畫的這么復雜，黃色背景的均為智能指針或者智能指針的組成部分。其實根據雙向鏈表的簡單性和下圖的復雜性，可以想到，智能指針的引入雖然提高了安全性，但是損失的是性能。所以往往安全性和性能是需要互相權衡的。?我們繼續(xù)往下看，哪里內存泄露了呢？

如果函數退出，那么m_pFirstNode和m_pNextNode作為棧上局部變量，智能指針本身調用自己的析構函數，給引用的對象引用計數減去1(shared_ptr本質采用引用計數，當引用計數為0的時候，才會刪除對象)。此時如下圖所示，可以看到智能指針的引用計數仍然為1， 這也就導致了這兩個節(jié)點的實際內存，并沒有被釋放掉， 從而導致內存泄露。

你可以在函數返回前手動調用pFirstNode->m_pNextNode.reset();強制讓引用計數減去1， 打破這個循環(huán)引用。
還是之前那句話，如果通過手動去控制難免會出現遺漏的情況， C 提供了weak_ptr。

struct?Node
{
??Node(int?iVal)
??{
????m_iVal?=?iVal;
??}
??~Node()
??{
????std::cout?<"~Node():?"?<"Node?Value:?"?<std::endl;
??}
??void?PrintNode()
{
????std::cout?<"Node?Value:?"?<std::endl;
??}

??std::shared_ptr?m_pPreNode;
??std::weak_ptr????m_pNextNode;
??int?m_iVal;
};

void?MemoryLeakLoopRefference()
{
??std::shared_ptr?pFirstNode?=?std::make_shared(100);
??std::shared_ptr?pSecondNode?=?std::make_shared(200);
??pFirstNode->m_pNextNode?=?pSecondNode;
??pSecondNode->m_pPreNode?=?pFirstNode;

??//Iterate?nodes
??auto?pNode?=?pFirstNode;
??while?(pNode)
??{
????pNode->PrintNode();????
????pNode?=?pNode->m_pNextNode.lock();
??}
}
看看使用了weak_ptr之后的鏈表結構如下圖所示，weak_ptr只是對管理的對象做了一個弱引用，其并不會實際支配對象的釋放與否，對象在引用計數為0的時候就進行了釋放，而無需關心weak_ptr的weak計數。注意shared_ptr本身也會對weak計數加1.
那么在函數退出后，當pSecondNode調用析構函數的時候，對象的引用計數減一，引用計數為0，釋放第二個Node，在釋放第二個Node的過程中又調用了m_pPreNode的析構函數，第一個Node對象的引用計數減1，再加上pFirstNode析構函數對第一個Node對象的引用計數也減去1，那么第一個Node對象的引用計數也為0，第一個Node對象也進行了釋放。

如果將上述代碼改為雙向循環(huán)鏈表，去除那個循環(huán)遍歷Node的代碼，那么最后Node的內存會被釋放嗎？這個問題留給讀者。

6. 資源泄露

如果說些作文的話，這一章節(jié)，可能有點偏題了。本章要講的是廣義上的資源泄露，比如句柄或者fd泄露。這些也算是內存泄露的一點點擴展，寫作文的一點點延伸吧。
看看下述例子, 其在操作完文件后，忘記調用CloseHandle(hFile);了，從而導致內存泄露。

void?MemroyLeakFileHandle()
{
??HANDLE?hFile?=?CreateFile(LR"(C:\test\doc.txt)",?
????GENERIC_READ,
????FILE_SHARE_READ,
????NULL,?
????OPEN_EXISTING,?
????FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
????NULL);

??if?(INVALID_HANDLE_VALUE?==?hFile)
??{
????std::cerr?<"Open?File?error!"?<std::endl;
????return;
??}

??const?int?BUFFER_SIZE?=?100;
??char?pDataBuffer[BUFFER_SIZE];
??DWORD?dwBufferSize;
??if?(ReadFile(hFile,
??????pDataBuffer,
??????BUFFER_SIZE,
??????