C語言中的內(nèi)存泄漏原因及對(duì)策分析

李建輝

在C語言程序設(shè)計(jì)中，內(nèi)存泄漏幾乎是很難避免的，C程序產(chǎn)生泄漏內(nèi)存，則運(yùn)行速度會(huì)逐漸變慢，并最終停止運(yùn)行；如果產(chǎn)生覆蓋內(nèi)存，程序會(huì)變得非常脆弱，很容易受到惡意用戶的攻擊。內(nèi)存泄漏是一種隱性危害，它們很難被發(fā)現(xiàn)，通常不能在相應(yīng)的源代碼中找到錯(cuò)誤，需要仔細(xì)分析與專門的檢測工具才能發(fā)現(xiàn)。

一、內(nèi)存泄漏的定義

通常我們所說的內(nèi)存泄漏，是指分配出去的內(nèi)存在使用之后沒有釋放掉，沒有回收，長此以往，會(huì)造成沒有足夠的內(nèi)存可以分配。一般表現(xiàn)為運(yùn)行時(shí)間越長，占用的內(nèi)存越多，最終導(dǎo)致系統(tǒng)奔潰。一般的內(nèi)存泄漏是指堆內(nèi)存的泄漏。堆內(nèi)存是指程序從堆中分配的，大小任意的（內(nèi)存塊的大小可以在程序運(yùn)行期決定），使用完后必須顯式釋放的內(nèi)存。應(yīng)用程序一般使用malloc，realloc，new等函數(shù)從堆中分配到一塊內(nèi)存，使用完后，程序必須負(fù)責(zé)相應(yīng)的調(diào)用free或delete釋放該內(nèi)存塊，否則，這塊內(nèi)存就不能被再次使用，我們就說這塊內(nèi)存泄漏了。

二、內(nèi)存泄漏原因分析

2.1 C語言內(nèi)存分配情況

在C語言中，根據(jù)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存在的時(shí)間（生存周期）不同，將內(nèi)存空間分為三個(gè)區(qū)：1）程序區(qū)：用于存儲(chǔ)程序的代碼，即程序的二進(jìn)制代碼。2）靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)：用于存儲(chǔ)全局變量和靜態(tài)變量，這些變量的空間在程序編譯時(shí)就已經(jīng)分配好了。3）動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)：用于在程序執(zhí)行時(shí)分配的內(nèi)存，又分為：堆區(qū)（heap）和棧區(qū)（stack）。堆區(qū)：用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，程序運(yùn)行時(shí)由內(nèi)存分配函數(shù)在堆上分配內(nèi)存。在C語言中，只能使用指針才能動(dòng)態(tài)的分配內(nèi)存。棧區(qū)：在函數(shù)執(zhí)行時(shí)，函數(shù)內(nèi)部的局部變量和函數(shù)參數(shù)的存儲(chǔ)單元的內(nèi)存區(qū)域，函數(shù)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，這些內(nèi)存區(qū)域會(huì)自動(dòng)釋放。

2.2 C語言動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

在C語言中用內(nèi)存分配函數(shù)來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，這些函數(shù)有：malloc（）和realloc（）等函數(shù)。malloc（）： 使用這個(gè)函數(shù)時(shí)需要包含頭文件。使用該函數(shù)需要指定要分配的內(nèi)存字節(jié)數(shù)作為參數(shù)，例如：

int *pNumber=（int *） malloc（100）

這條語句分配了100個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，并把這個(gè)內(nèi)存塊的地址賦給pNumber，這個(gè)內(nèi)存塊可以保存最大25個(gè)int值，每個(gè)int占4個(gè)字節(jié)。如果不能分配請(qǐng)求的內(nèi)存，malloc（）會(huì)返回一個(gè)null指針。

2.3 釋放動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存

堆上分配的內(nèi)存會(huì)在整個(gè)應(yīng)用程序結(jié)束之后，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)回收，但最好是在使用完這些內(nèi)存后立即釋放。如果不釋放，會(huì)引起內(nèi)存泄漏，極大占用系統(tǒng)資源，可能會(huì)產(chǎn)生各種未知的錯(cuò)誤。所以，必須使用free（）函數(shù)釋放內(nèi)存，參數(shù)是內(nèi)存地址（指針），例如：free（pNumber），依上例。

三、內(nèi)存泄漏避免的方法

3.1正確使用malloc函數(shù)分配內(nèi)存

malloc是一個(gè)函數(shù)，專門用來從堆上分配內(nèi)存。使用malloc函數(shù)需要幾個(gè)要求：內(nèi)存分配給誰？分配多大內(nèi)存？是否還有足夠內(nèi)存分配？ 內(nèi)存將用來存儲(chǔ)什么格式的數(shù)據(jù)？分配好的內(nèi)存在哪里？ 如果這5點(diǎn)都確定，那內(nèi)存就能分配。下面看看malloc的原型：（void *）malloc（int size）

malloc函數(shù)的返回值是一個(gè)void類型的指針，參數(shù)為int類型的數(shù)據(jù)，即申請(qǐng)分配的內(nèi)存大小，單位是字節(jié)。內(nèi)存分配成功之后，malloc函數(shù)返回這塊內(nèi)存的首地址，你需要一個(gè)指針來接受這個(gè)地址。也就是說這塊內(nèi)存將來要用來存儲(chǔ)什么類型的數(shù)據(jù)，如：

char *p = （char *）malloc（100）

在堆內(nèi)存分配了100個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，返回這塊內(nèi)存的首地址，把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成char *類型后賦給char *類型的指針變量p；同時(shí)告訴我們這塊內(nèi)存將用來存儲(chǔ)char類型的數(shù)據(jù)。你只能通過指針變量p來操作這塊內(nèi)存，這塊內(nèi)存本身沒有名字，對(duì)它的訪問是匿名訪問。但是，不一定每次malloc函數(shù)都能成功分配到內(nèi)存。既然malloc函數(shù)申請(qǐng)內(nèi)存存在不成功的可能，那我們?cè)谑褂弥赶蜻@塊內(nèi)存的指針時(shí)，必須用if（ NULL ！= p）語句上來驗(yàn)證內(nèi)存分配確實(shí)成功了。

3.2 正確使用free函數(shù)釋放內(nèi)存

既然有分配，那就必須有釋放，不然的話，有限的內(nèi)存就會(huì)用光，而沒有釋放的內(nèi)存卻占用空間，與malloc對(duì)應(yīng)的就是free函數(shù)了。free函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，就是所要釋放的內(nèi)存塊的首地址（指針）。按上例，則為：free（p） 。free函數(shù)其實(shí)它就做了一件事：斬?cái)嘀羔樧兞亢瓦@塊內(nèi)存的對(duì)應(yīng)關(guān)系。free函數(shù)就是把這塊內(nèi)存和p之間的關(guān)系斬?cái)?；p本身的值并沒有改變或者消失，即指針變量p本身保存的地址并沒有改變，那塊被釋放的內(nèi)存里面保存的值也沒有改變。這就是free函數(shù)的功能，一個(gè)malloc對(duì)應(yīng)一個(gè)free，是一夫一妻制。在使用free（p）函數(shù)內(nèi)存釋放后，指針變量p本身保存的地址并沒有改變，那我們必須需重新把p的值變?yōu)镹ULL：p = NULL。如果沒有把該指針置NULL，這個(gè)指針就成為了“懸空指針”，這是很危險(xiǎn)的，且也是經(jīng)常出錯(cuò)的地方。

四、結(jié)論

從用戶使用程序的角度來看，作為一般的用戶，根本就感覺不到內(nèi)存泄漏的存在，真正有危害的是內(nèi)存泄漏的堆積，這會(huì)最終消耗盡系統(tǒng)所有的內(nèi)存，給應(yīng)用程序帶來極大的不穩(wěn)定性，要避免這個(gè)問題，需要在代碼設(shè)計(jì)上入手，養(yǎng)成良好的編碼習(xí)慣和規(guī)范。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] C程序設(shè)計(jì) .唐浩強(qiáng) .北京：華大學(xué)出版社. 1991年7月

[2]呂維梅，劉堅(jiān). C/C++程序安全漏洞的分類與分析[J] . 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003：39（6）：37-40.