C語言中的內存泄漏原因及對策分析

李建輝

在C語言程序設計中，內存泄漏幾乎是很難避免的，C程序產生泄漏內存，則運行速度會逐漸變慢，并最終停止運行；如果產生覆蓋內存，程序會變得非常脆弱，很容易受到惡意用戶的攻擊。內存泄漏是一種隱性危害，它們很難被發現，通常不能在相應的源代碼中找到錯誤，需要仔細分析與專門的檢測工具才能發現。

一、內存泄漏的定義

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

二、內存泄漏原因分析

2.1 C語言內存分配情況

在C語言中，根據數據在內存中存在的時間（生存周期）不同，將內存空間分為三個區：1）程序區：用于存儲程序的代碼，即程序的二進制代碼。2）靜態存儲區：用于存儲全局變量和靜態變量，這些變量的空間在程序編譯時就已經分配好了。3）動態存儲區：用于在程序執行時分配的內存，又分為：堆區（heap）和棧區（stack）。堆區：用于動態內存分配，程序運行時由內存分配函數在堆上分配內存。在C語言中，只能使用指針才能動態的分配內存。棧區：在函數執行時，函數內部的局部變量和函數參數的存儲單元的內存區域，函數運行結束時，這些內存區域會自動釋放。

2.2 C語言動態內存分配

在C語言中用內存分配函數來實現內存的動態分配，這些函數有：malloc（）和realloc（）等函數。malloc（）： 使用這個函數時需要包含頭文件。使用該函數需要指定要分配的內存字節數作為參數，例如：

int *pNumber=（int *） malloc（100）

這條語句分配了100個字節的內存，并把這個內存塊的地址賦給pNumber，這個內存塊可以保存最大25個int值，每個int占4個字節。如果不能分配請求的內存，malloc（）會返回一個null指針。

2.3 釋放動態分配的內存

堆上分配的內存會在整個應用程序結束之后，由操作系統負責回收，但最好是在使用完這些內存后立即釋放。如果不釋放，會引起內存泄漏，極大占用系統資源，可能會產生各種未知的錯誤。所以，必須使用free（）函數釋放內存，參數是內存地址（指針），例如：free（pNumber），依上例。

三、內存泄漏避免的方法

3.1正確使用malloc函數分配內存

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

malloc函數的返回值是一個void類型的指針，參數為int類型的數據，即申請分配的內存大小，單位是字節。內存分配成功之后，malloc函數返回這塊內存的首地址，你需要一個指針來接受這個地址。也就是說這塊內存將來要用來存儲什么類型的數據，如：

char *p = （char *）malloc（100）

在堆內存分配了100個字節的內存，返回這塊內存的首地址，把地址強制轉換成char *類型后賦給char *類型的指針變量p；同時告訴我們這塊內存將用來存儲char類型的數據。你只能通過指針變量p來操作這塊內存，這塊內存本身沒有名字，對它的訪問是匿名訪問。但是，不一定每次malloc函數都能成功分配到內存。既然malloc函數申請內存存在不成功的可能，那我們在使用指向這塊內存的指針時，必須用if（ NULL ！= p）語句上來驗證內存分配確實成功了。

3.2 正確使用free函數釋放內存

既然有分配，那就必須有釋放，不然的話，有限的內存就會用光，而沒有釋放的內存卻占用空間，與malloc對應的就是free函數了。free函數只有一個參數，就是所要釋放的內存塊的首地址（指針）。按上例，則為：free（p） 。free函數其實它就做了一件事：斬斷指針變量和這塊內存的對應關系。free函數就是把這塊內存和p之間的關系斬斷；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，那塊被釋放的內存里面保存的值也沒有改變。這就是free函數的功能，一個malloc對應一個free，是一夫一妻制。在使用free（p）函數內存釋放后，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的值變為NULL：p = NULL。如果沒有把該指針置NULL，這個指針就成為了“懸空指針”，這是很危險的，且也是經常出錯的地方。

四、結論

從用戶使用程序的角度來看，作為一般的用戶，根本就感覺不到內存泄漏的存在，真正有危害的是內存泄漏的堆積，這會最終消耗盡系統所有的內存，給應用程序帶來極大的不穩定性，要避免這個問題，需要在代碼設計上入手，養成良好的編碼習慣和規范。

參 考 文 獻

[1] C程序設計 .唐浩強 .北京：華大學出版社. 1991年7月

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