C语言内存泄漏常见情况及解决方案详解

内存泄漏

内存泄漏（Memory Leak）是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次小的内存泄漏可能没什么影响，但长期或频繁发生会占用大量内存，影响系统性能甚至引发系统崩溃，造成系统资源的浪费。

内存泄漏存在于诸多编程语言中，是一种普遍的常见的问题。

• 以C和C++为代表的允许程序员直接管理内存的语言。内存泄漏的常见原因是程序员显式地分配了内存，但忘记释放不再需要的内存。
• 以Java、Python、JavaScript为代表的有垃圾回收机制的语言中，同样也可能出现内存泄漏问题。
• 这通常是由于程序员在代码中创建了不会被垃圾回收器清理的对象，例如全局变量、静态变量或者因循环引用造成的“孤岛”等。

因此，无论使用哪种编程语言，程序员都需要对内存管理保持警惕，以避免产生内存泄漏。

接下来，我将详细解释C语言中最常见的几个内存泄漏问题。

内存泄漏常见情况

1.忘记释放内存

在C/C++中，我们使用new/malloc等函数来申请内存，如果忘记使用delete/free来释放内存，就会造成内存泄漏。

int *ptr = new int;
// 忘记使用delete释放内存

解决办法：使用delete释放内存。

int *ptr = new int;
delete ptr;

更优化的方案是使用智能指针。比如C++ 11引入了智能指针，它可以自动管理内存，当智能指针离开作用域时，它会自动释放所管理的内存。这样，就可以避免忘记释放内存的问题。

先把这些智能指针都定义在<memory>头文件中。

再使用std::unique_ptr：

#include <memory>
void func() {
    std::unique_ptr<int> ptr(new int);
    // 当离开这个作用域时，ptr会自动释放内存
}

另一个智能指针是std::shared_ptr，它允许多个智能指针指向同一个对象。

当最后一个std::shared_ptr离开作用域时，它会自动释放所管理的内存。

代码如下：

#include <memory>
void func() {
    std::shared_ptr<int> ptr1(new int);
    {
        std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  
        // ptr1 和 ptr2 都指向同一个内存
        // 当离开这个作用域时，ptr2会被销毁，但是内存不会被释放，
        // 因为ptr1还在指向这个内存
    }
    // 当离开这个作用域时，ptr1会被销毁，它会自动释放内存
}

2.重复申请内存

未释放内存再次申请，会导致原内存泄露。

int *ptr = new int;
ptr = new int; // 原来的内存泄漏

解决办法：在申请新内存之前，先释放旧内存。

int *ptr = new int;
delete ptr;
ptr = new int;

3.静态变量导致的内存泄漏

静态变量在程序运行期间不会释放，如果静态变量持有大量内存，也会导致内存泄漏。

void func() {
  static int *ptr = new int[1000000];
  // ...
}

解决办法：尽量避免静态变量持有大量内存，或者在程序退出前手动释放内存。

4.循环引用导致的内存泄漏

在使用智能指针时，如果出现循环引用，会导致内存泄漏。

struct Node {
  std::shared_ptr<Node> ptr;
};
std::shared_ptr<Node> node1(new Node);
std::shared_ptr<Node> node2(new Node);
node1->ptr = node2;
node2->ptr = node1; // 循环引用，导致内存泄漏

解决办法：使用弱引用打破循环引用。

struct Node {
  std::weak_ptr<Node> ptr;
};
std::shared_ptr<Node> node1(new Node);
std::shared_ptr<Node> node2(new Node);
node1->ptr = node2;
node2->ptr = node1; // 使用弱引用打破循环引用

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