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如何应对C语言内存泄露!

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gaosmile 发布时间:2020-10-24 21:52
可能不少开发者都遇到过内存泄漏导致的网上问题,具体表现为单板在现网运行数月以后,因为内存耗尽而导致单板复位现象。一方面,内存泄漏问题属于比较浅显的错误,此类问题遗漏到现网,影响不好;另一方面,由于内存泄漏问题很可能导致单板运行固定时间以后就复位,只能通过批量升级才能解决,实际影响不佳。本文通过介绍内存泄漏问题原理及检视方法,希望后续能够从编码检视环节就杜绝此类问题发生。
* N/ b7 ~3 s- [  C3 W. ^
说明:预防内存泄漏问题有多种方法,如加强代码检视、工具检测和内存测试等,本文聚集于开发人员能力提升方面。
9 h, g( v5 @: b, g! G# q
01
内存泄漏问题原理

( F" g3 b* l0 H
堆内存在C代码中的存储方式内存泄漏问题只有在使用堆内存的时候才会出现,栈内存不存在内存泄漏问题,因为栈内存会自动分配和释放。C代码中堆内存的申请函数是malloc,常见的内存申请代码如下:8 y6 Y  r9 C- w

  1. * F; u6 L; x8 @8 D& Z3 W( k/ C( P
  2. char *info = NULL;    /**转换后的字符串**/
    ; r% W2 N- k' ^, r' `* q
  3. & |7 |: W9 ?6 x. M
  4.     info = (char*)malloc(NB_MEM_SPD_INFO_MAX_SIZE);2 V7 V/ }. M& \% w  a
  5.     if( NULL == info)/ R' F) o, c7 p) N4 o. G( k3 A" V2 C
  6.     {! p/ j% f- p# J2 N8 j# \' I
  7.         (void)tdm_error("malloc error!\n");: A& o1 w5 b# _- {
  8.         return NB_SA_ERR_HPI_OUT_OF_MEMORY;
    1 R  o( {/ c* O9 @
  9.     }
复制代码
, D& v1 B# Q9 A/ O: I, r

$ k! D5 a. d2 U3 i0 e
由于malloc函数返回的实际上是一个内存地址,所以保存堆内存的变量一定是一个指针(除非代码编写极其不规范)。再重复一遍,保存堆内存的变量一定是一个指针,这对本文主旨的理解很重要。当然,这个指针可以是单指针,也可以是多重指针。; c, I/ x) m# x9 \. u

- z1 p; o+ o% B& G+ e- I: E
malloc函数有很多变种或封装,如g_malloc、g_malloc0、VOS_Malloc等,这些函数最终都会调用malloc函数。

# D! B7 d; u$ u' T1 z- a, z
堆内存的获取方法看到本小节标题,可能有些同学有疑惑,上一小节中的malloc函数,不就是堆内存的获取方法吗?的确是,通过malloc函数申请是最直接的获取方法,如果只知道这种堆内存获取方法,就容易掉到坑里了。一般的来讲,堆内存有如下两种获取方法:8 i  y7 E' J% P0 z3 _
方法一:将函数返回值直接赋给指针,一般表现形式如下:, Q8 p3 }7 F; d, P- s) l8 L. H1 c" B

  1. . w- l1 J) B  E" F0 ?
  2. char *local_pointer_xx = NULL;9 y3 y( s* u: F0 ]& F
  3. local_pointer_xx = (char*)function_xx(para_xx, …);
复制代码
2 {/ S9 I6 r) U2 H5 `' K, g' r. B
该类涉及到内存申请的函数,返回值一般都指针类型,例如:
8 D; w3 x3 h: L* ^! L
  • GSList* g_slist_append (GSList   *list, gpointer  data)
    ! ]  p! g& a$ W' L$ |- H) N; z/ a. b" K
& _8 Z4 m5 m7 {. K" q
方法二:将指针地址作为函数返回参数,通过返回参数保存堆内存地址,一般表现形式如下:$ d) x1 s; l/ f: w" ^

  1. # l5 e' J$ E& q0 w
  2.     int ret;5 P" M4 u9 W! a5 @$ h( k6 H
  3.     char *local_pointer_xx = NULL;    /**转换后的字符串**/
    % f* [! X3 A, X: v( A5 U( P
  4.     ret = (char*)function_xx(..., &local_pointer_xx, ...);
复制代码
7 O6 R8 M0 @3 E) R2 p+ H
该类涉及到内存申请的函数,一般都有一个入参是双重指针,例如:
: m2 ^3 X* R' E4 f

  1. 9 e! Y1 \2 E1 ^4 r
  2. __STDIO_INLINE _IO_ssize_t
    * \  e5 H$ Z( ~7 e4 @
  3. getline (char **__lineptr, size_t *__n, FILE *__stream)
复制代码

! ]4 g$ ^6 k; g7 v4 }& [
前面说通过malloc申请内存,就属于方法一的一个具体表现形式。其实这两类方法的本质是一样的,都是函数内部间接申请了内存,只是传递内存的方法不一样,方法一通过返回值传递内存指针,方法二通过参数传递内存指针。
4 Z  J1 v/ j9 w- T! l, O+ g- {1 T' N
内存泄漏三要素最常见的内存泄漏问题,包含以下三个要素:

8 T# \+ H) |) g" h& u, o
  • 要素一:函数内有局部指针变量定义;
  • 要素二:对该局部指针有通过上一小节中“两种堆内存获取方法”之一获取内存;
  • 要素三:在函数返回前(含正常分支和异常分支)未释放该内存,也未保存到其它全局变量或返回给上一级函数。

    " @# P& w4 X1 ~% [, G! K+ W7 v! {" ~
; w' H) g4 d5 U. P+ `3 M5 V+ G
内存释放误区稍微使用过C语言编写代码的人,都应该知道堆内存申请之后是需要释放的。但为何还这么容易出现内存泄漏问题呢?一方面,是开发人员经验不足、意识不到位或一时疏忽导致;另一方面,是内存释放误区导致。很多开发人员,认为要释放的内存应该局限于以下两种:

# k3 b9 u3 A! W7 p2 |
(1) 直接使用内存申请函数申请出来的内存,如malloc、g_malloc等;(2) 该开发人员熟悉的接口中,存在内存申请的情况,如iBMC的兄弟,都应该知道调用如下接口需要释放list指向的内存:
  • dfl_get_object_list(const char* class_name, GSList **list)2 }( c- u% `+ J% `0 L- A8 D
按照以上思维编写代码,一旦遇到不熟悉的接口中需要释放内存的问题,就完全没有释放内存的意识,内存泄漏问题就自然产生了。$ z5 U2 W- P# f+ g
02
内存泄漏问题检视方法
+ {% \4 a- D, j
检视内存泄漏问题,关键还是要养成良好的编码检视习惯。与内存泄漏三要素对应,需要做到如下三点:
" k: X  K; K. _/ v' K
(1) 在函数中看到有局部指针,就要警惕内存泄漏问题,养成进一步排查的习惯;

% }5 ?8 Y) g/ p; J# p
(2) 分析对局部指针的赋值操作,是否属于前面所说的“两种堆内存获取方法”之一,如果是,就要分析函数返回的指针到底指向啥?是全局数据、静态数据还是堆内存?对于不熟悉的接口,要找到对应的接口文档或源代码分析;又或者看看代码中其它地方对该接口的引用,是否进行了内存释放;; S1 N) Q5 Z/ c# {* R
(3) 如果确认对局部指针存在内存申请操作,就需要分析该内存的去向,是会被保存在全局变量吗?又或者会被作为函数返回值吗?如果都不是,就需要排查函数所有有”return“的地方,保证内存被正确释放。
9 ^! S7 j' O% {8 A9 l' s: M9 p. `$ y, x
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