c語言內(nèi)存泄露示例解析

2020-01-26 15:54:31

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供稿：網(wǎng)友

正確的內(nèi)存管理的重要性
存在內(nèi)存錯誤的 C 和 C++ 程序會導(dǎo)致各種問題。如果它們泄漏內(nèi)存，則運(yùn)行速度會逐漸變慢，并最終停止運(yùn)行；如果覆蓋內(nèi)存，則會變得非常脆弱，很容易受到惡意用戶的攻擊。從 1988 年著名的莫里斯蠕蟲攻擊到有關(guān) Flash Player 和其他關(guān)鍵的零售級程序的最新安全警報都與緩沖區(qū)溢出有關(guān)：“大多數(shù)計算機(jī)安全漏洞都是緩沖區(qū)溢出”，Rodney Bates 在 2004 年寫道。

在可以使用 C 或 C++ 的地方，也廣泛支持使用其他許多通用語言（如 Java™、Ruby、Haskell、C#、Perl、Smalltalk 等），每種語言都有眾多的愛好者和各自的優(yōu)點(diǎn)。但是，從計算角度來看，每種編程語言優(yōu)于 C 或 C++ 的主要優(yōu)點(diǎn)都與便于內(nèi)存管理密切相關(guān)。與內(nèi)存相關(guān)的編程是如此重要，而在實(shí)踐中正確應(yīng)用又是如此困難，以致于它支配著面向?qū)ο缶幊陶Z言、功能性編程語言、高級編程語言、聲明性編程語言和另外一些編程語言的所有其他變量或理論。

與少數(shù)其他類型的常見錯誤一樣，內(nèi)存錯誤還是一種隱性危害：它們很難再現(xiàn)，癥狀通常不能在相應(yīng)的源代碼中找到。例如，無論何時何地發(fā)生內(nèi)存泄漏，都可能表現(xiàn)為應(yīng)用程序完全無法接受，同時內(nèi)存泄漏不是顯而易見。

因此，出于所有這些原因，需要特別關(guān)注 C 和 C++ 編程的內(nèi)存問題。讓我們看一看如何解決這些問題，先不談是哪種語言。

內(nèi)存錯誤的類別
首先，不要失去信心。有很多辦法可以對付內(nèi)存問題。我們先列出所有可能存在的實(shí)際問題：

•內(nèi)存泄漏
•錯誤分配，包括大量增加 free() 釋放的內(nèi)存和未初始化的引用
•懸空指針
•數(shù)組邊界違規(guī)

這是所有類型。即使遷移到 C++ 面向?qū)ο蟮恼Z言，這些類型也不會有明顯變化；無論數(shù)據(jù)是簡單類型還是 C 語言的 struct 或 C++ 的類，C 和 C++ 中內(nèi)存管理和引用的模型在原理上都是相同的。以下內(nèi)容絕大部分是“純 C”語言，對于擴(kuò)展到 C++ 主要留作練習(xí)使用。

內(nèi)存泄漏
在分配資源時會發(fā)生內(nèi)存泄漏，但是它從不回收。下面是一個可能出錯的模型（請參見清單 1）：

清單 1. 簡單的潛在堆內(nèi)存丟失和緩沖區(qū)覆蓋

復(fù)制代碼代碼如下:

void f1(char *explanation) { char *p1; p1 = malloc(100); sprintf(p1,"The f1 error occurred because of '%s'.", explanation); local_log(p1); }

您看到問題了嗎？除非 local_log() 對 free() 釋放內(nèi)存具有不尋常的響應(yīng)能力，否則每次對 f1 的調(diào)用都會泄漏 100 字節(jié)。在記憶棒增量分發(fā)數(shù)兆字節(jié)內(nèi)存時，一次泄漏是微不足道的，但是連續(xù)操作數(shù)小時后，即使如此小的泄漏也會削弱應(yīng)用程序。

在實(shí)際的 C 和 C++ 編程中，這不足以影響您對 malloc() 或 new 的使用，本部分開頭的句子提到了“資源”不是僅指“內(nèi)存”，因?yàn)檫€有類似以下內(nèi)容的示例（請參見清單 2）。FILE 句柄可能與內(nèi)存塊不同，但是必須對它們給予同等關(guān)注：

清單 2. 來自資源錯誤管理的潛在堆內(nèi)存丟失

復(fù)制代碼代碼如下:

int getkey(char *filename) { FILE *fp; int key; fp = fopen(filename, "r"); fscanf(fp, "%d", &key); return key; }

fopen 的語義需要補(bǔ)充性的 fclose。在沒有 fclose() 的情況下，C 標(biāo)準(zhǔn)不能指定發(fā)生的情況時，很可能是內(nèi)存泄漏。其他資源（如信號量、網(wǎng)絡(luò)句柄、數(shù)據(jù)庫連接等）同樣值得考慮。

內(nèi)存錯誤分配
錯誤分配的管理不是很困難。下面是一個錯誤分配示例（請參見清單 3）：

清單 3. 未初始化的指針

復(fù)制代碼代碼如下:

void f2(int datum) { int *p2; /* Uh-oh! No one has initialized p2. */ *p2 = datum; ... }

關(guān)于此類錯誤的好消息是，它們一般具有顯著結(jié)果。在 AIX® 下，對未初始化指針的分配通常會立即導(dǎo)致segmentation fault 錯誤。它的好處是任何此類錯誤都會被快速地檢測到；與花費(fèi)數(shù)月時間才能確定且難以再現(xiàn)的錯誤相比，檢測此類錯誤的代價要小得多。

在此錯誤類型中存在多個變種。free() 釋放的內(nèi)存比 malloc() 更頻繁（請參見清單 4）：

清單 4. 兩個錯誤的內(nèi)存釋放

復(fù)制代碼代碼如下:

/* Allocate once, free twice. */ void f3() { char *p, *pp; p = malloc(10);
pp=p;
free(p); ... free(pp); } /* Allocate zero times, free once. */ void f4() { char *p;
...
/* Note that p remains uninitialized here. */ free(p); }

這些錯誤通常也不太嚴(yán)重。盡管 C 標(biāo)準(zhǔn)在這些情形中沒有定義具體行為，但典型的實(shí)現(xiàn)將忽略錯誤，或者快速而明確地對它們進(jìn)行標(biāo)記；總之，這些都是安全情形。

懸空指針
懸空指針比較棘手。當(dāng)程序員在內(nèi)存資源釋放后使用資源時會發(fā)生懸空指針（請參見清單 5）：

清單 5. 懸空指針

復(fù)制代碼代碼如下:

void f8() { struct x *xp; xp = (struct x *) malloc(sizeof (struct x)); xp.q = 13; ... free(xp); ... /* Problem! There's no guarantee that the memory block to which xp points hasn't been overwritten. */ return xp.q; }

傳統(tǒng)的“調(diào)試”難以隔離懸空指針。由于下面兩個明顯原因，它們很難再現(xiàn)：

•即使影響提前釋放內(nèi)存范圍的代碼已本地化，內(nèi)存的使用仍然可能取決于應(yīng)用程序甚至（在極端情況下）不同進(jìn)程中的其他執(zhí)行位置。

•懸空指針可能發(fā)生在以微妙方式使用內(nèi)存的代碼中。結(jié)果是，即使內(nèi)存在釋放后立即被覆蓋，并且新指向的值不同于預(yù)期值，也很難識別出新值是錯誤值。

懸空指針不斷威脅著 C 或 C++ 程序的運(yùn)行狀態(tài)。

數(shù)組邊界違規(guī)
數(shù)組邊界違規(guī)十分危險，它是內(nèi)存錯誤管理的最后一個主要類別。回頭看一下清單 1；如果 explanation 的長度超過 80，則會發(fā)生什么情況？回答：難以預(yù)料，但是它可能與良好情形相差甚遠(yuǎn)。特別是，C 復(fù)制一個字符串，該字符串不適于為它分配的 100 個字符。在任何常規(guī)實(shí)現(xiàn)中，“超過的”字符會覆蓋內(nèi)存中的其他數(shù)據(jù)。內(nèi)存中數(shù)據(jù)分配的布局非常復(fù)雜并且難以再現(xiàn)，所以任何癥狀都不可能追溯到源代碼級別的具體錯誤。這些錯誤通常會導(dǎo)致數(shù)百萬美元的損失。

.棘手的內(nèi)存泄漏

復(fù)制代碼代碼如下:

static char *important_pointer = NULL; void f9() { if (!important_pointer) important_pointer = malloc(IMPORTANT_SIZE); ... if (condition) /* Ooops! We just lost the reference important_pointer already held. */ important_pointer = malloc(DIFFERENT_SIZE); ... }
do not返回局部指針變量或者局部變量的指針，除非是一個static局部變量
char *f0() {     char temp[]="123456789"; //加上static 才是正確的
return temp; }

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