如何解决C语言内存泄露？

xygongkui · 发表于 2024-1-2 14:53

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1. 前言
最近部门不同产品接连出现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，内存泄漏问题属于低级错误，此类问题遗漏到现网，影响很坏；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，实际影响也很恶劣。

同时，接连出现此类问题，尤其是其中一例问题还是我们老员工修改引入，说明我们不少员工对内存泄漏问题认识还是不够深刻的。

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。

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。

2. 内存泄漏问题原理
2.1 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：

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char *info = NULL; /**转换后的字符串**/
info = (char*)malloc(NB_MEM_SPD_INFO_MAX_SIZE);
if( NULL == info)
{
(void)tdm_error("malloc error!\n");
return NB_SA_ERR_HPI_OUT_OF_MEMORY;
}

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。

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。

2.2 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：

方法一：将函数返回值直接赋给指针，一般表现形式如下：

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char *local_pointer_xx = NULL;
local_pointer_xx = (char*)function_xx(para_xx, …);

该类涉及到内存申请的函数，返回值一般都指针类型，例如：

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GSList* g_slist_append (GSList *list, gpointer data);

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：

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int ret;
char *local_pointer_xx = NULL; /**转换后的字符串**/
ret = (char*)function_xx(..., &local_pointer_xx, ...);

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：

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__STDIO_INLINE _IO_ssize_t;
getline (char **__lineptr, size_t *__n, FILE *__stream);
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。

2.3 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：

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。

2.4 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：

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：

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dfl_get_object_list(const char* class_name, GSList **list);
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。

3. 内存泄漏问题检视方法
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：

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