C 语言中的指针和内存泄漏

时间:2019-05-26 10:30:01 来源:早闻天下 当前位置:哲想动画 > 猎犬 > 手机阅读

点击上方"百问科技",置顶公众号

嵌入式干货,及时送达

------


作者:Manish Virmani

原文:

https://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/au-toughgame/index.html

引言

对于任何使用 C 语言的人,如果问他们 C 语言的最大烦恼是什么,其中许多人可能会回答说是指针和内存泄漏。这些的确是消耗了开发人员大多数调试时间的事项。指针和内存泄漏对某些开发人员来说似乎令人畏惧,但是一旦您了解了指针及其关联内存操作的基础,它们就是您在 C 语言中拥有的最强大工具。

本文将与您分享开发人员在开始使用指针来编程前应该知道的秘密。本文内容包括:

1. 导致内存破坏的指针操作类型
2. 在使用动态内存分配时必须考虑的检查点
3. 导致内存泄漏的场景

如果您预先知道什么地方可能出错,那么您就能够小心避免陷阱,并消除大多数与指针和内存相关的问题。

什么地方可能出错?

有几种问题场景可能会出现,从而可能在完成生成后导致问题。在处理指针时,您可以使用本文中的信息来避免许多问题。

未初始化的内存

在本例中,p 已被分配了 10 个字节。这 10 个字节可能包含垃圾数据,如图 1 所示。

char *p = malloc ( 10 );

图 1. 垃圾数据

如果在对这个 p 赋值前,某个代码段尝试访问它,则可能会获得垃圾值,您的程序可能具有不可预测的行为。p 可能具有您的程序从未曾预料到的值。

良好的习惯是始终结合使用 memset 和 malloc分配内存,或者使用 calloc。

char *p = malloc (10);
memset(p,’\0’,10);

现在,即使同一个代码段尝试在对 p 赋值前访问它,该代码段也能正确处理 Null 值(在理想情况下应具有的值),然后将具有正确的行为。

内存覆盖

由于 p 已被分配了 10 个字节,如果某个代码片段尝试向 p 写入一个 11 字节的值,则该操作将在不告诉您的情况下自动从其他某个位置“吃掉”一个字节。让我们假设指针 q 表示该内存。

图 2. 原始 q 内容

图 3. 覆盖后的 q 内容

结果,指针 q 将具有从未预料到的内容。即使您的模块编码得足够好,也可能由于某个共存模块执行某些内存操作而具有不正确的行为。下面的示例代码片段也可以说明这种场景。

char *name = (char *) malloc(11); 
// Assign some value to name
memcpy ( p,name,11); // Problem begins here

在本例中,memcpy 操作尝试将 11 个字节写到 p,而后者仅被分配了 10 个字节。

作为良好的实践,每当向指针写入值时,都要确保对可用字节数和所写入的字节数进行交叉核对。一般情况下,memcpy 函数将是用于此目的的检查点。

内存读取越界

内存读取越界 (overread) 是指所读取的字节数多于它们应有的字节数。这个问题并不太严重,在此就不再详述了。下面的代码提供了一个示例。

char *ptr = (char *)malloc(10);
char name[20] ;
memcpy ( name,ptr,20); // Problem begins here

在本例中,memcpy 操作尝试从 ptr 读取 20 个字节,但是后者仅被分配了 10 个字节。这还会导致不希望的输出。

内存泄漏

内存泄漏可能真正令人讨厌。下面的列表描述了一些导致内存泄漏的场景。

  • 重新赋值
    我将使用一个示例来说明重新赋值问题。

char *memoryArea = malloc(10);
char *newArea = malloc(10);

这向如下面的图 4 所示的内存位置赋值。

图 4. 内存位置

memoryArea 和 newArea 分别被分配了 10 个字节,它们各自的内容如图 4 所示。如果某人执行如下所示的语句(指针重新赋值)……

memoryArea = newArea;

则它肯定会在该模块开发的后续阶段给您带来麻烦。

在上面的代码语句中,开发人员将 memoryArea 指针赋值给 newArea 指针。结果,memoryArea 以前所指向的内存位置变成了孤立的,如下面的图 5 所示。它无法释放,因为没有指向该位置的引用。这会导致 10 个字节的内存泄漏。

图 5. 内存泄漏

在对指针赋值前,请确保内存位置不会变为孤立的。

  • 首先释放父块
    假设有一个指针 memoryArea,它指向一个 10 字节的内存位置。该内存位置的第三个字节又指向某个动态分配的 10 字节的内存位置,如图 6 所示。

图 6. 动态分配的内存

free(memoryArea)

如果通过调用 free 来释放了 memoryArea,则 newArea 指针也会因此而变得无效。newArea 以前所指向的内存位置无法释放,因为已经没有指向该位置的指针。换句话说,newArea 所指向的内存位置变为了孤立的,从而导致了内存泄漏。

每当释放结构化的元素,而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针时,应首先遍历子内存位置(在此例中为 newArea),并从那里开始释放,然后再遍历回父节点。

这里的正确实现应该为:

free( memoryArea->newArea);
free(memoryArea);
  • 返回值的不正确处理
    有时,某些函数会返回对动态分配的内存的引用。跟踪该内存位置并正确地处理它就成为了 calling 函数的职责。

char *func ( )
{
        return malloc(20); // make sure to memset this location to ‘\0’…
}

void callingFunc ( )
{
        func ( ); // Problem lies here
}

在上面的示例中,callingFunc() 函数中对 func() 函数的调用未处理该内存位置的返回地址。结果,func() 函数所分配的 20 个字节的块就丢失了,并导致了内存泄漏。

归还您所获得的

在开发组件时,可能存在大量的动态内存分配。您可能会忘了跟踪所有指针(指向这些内存位置),并且某些内存段没有释放,还保持分配给该程序。

始终要跟踪所有内存分配,并在任何适当的时候释放它们。事实上,可以开发某种机制来跟踪这些分配,比如在链表节点本身中保留一个计数器(但您还必须考虑该机制的额外开销)。

访问空指针

访问空指针是非常危险的,因为它可能使您的程序崩溃。始终要确保您不是 在访问空指针。

总结

本文讨论了几种在使用动态内存分配时应该避免的陷阱。要避免内存相关的问题,良好的习惯是:

1.  始终结合使用 memset 和 malloc分配内存,或始终使用 calloc。
2.  每当向指针写入值时,都要确保对可用字节数和所写入的字节数进行交叉核对。
3.  在对指针赋值前,要确保没有内存位置会变为孤立的。
4.  每当释放结构化的元素(而该元素又包含指向动态分配的内存位置的指针)时,都
应首先遍历子内存位置并从那里开始释放,然后再遍历回父节点。

5. 始终正确处理返回动态分配的内存引用的函数返回值。
6. 每个 malloc 都要有一个对应的 free。
7. 确保您不是在访问空指针。

-THE END-


上一篇文章:浅谈Linux PCI设备驱动(下)


有条

推广



为了代码的简洁,linux 3.x以上的内核版本都已支持设备树(dts),

可以说设备树是趋势,学习设备树势在必行。掌握设备树知识是驱动工程师必备基础技能之一。


而设备树初学者经常会遇到以下问题:

  • 网上各种教程参差不齐,且各自基于不同的内核版本,完全照着做,难免会遇到各种奇怪的问题,有时候折腾半天都解决不了,越看越焦虑,还浪费时间。

  • 设备树里使用了很多节点和属性。初学者往往难以理解,如果没有详细的指导和点拨,学习起来困难重重。

  • 仔细找找你会发现,网上没有一套对完整详细的设备树视频,它们要么是不够详细,要么是重点部分点到为止。


所以,百问网开设了一门视频课《Linux设备树详解》。课程中我们将以 Linux 4.19 版本为基础,讲师结合自己在工作中的经验和总结,带你了解设备树的使用,避免在网上学习零散教程时由于版本不对应导致的各类问题,优化学习体验,提升学习效率。


讲师是谁?


韦东山,深圳百问网科技有限公司技术总监,

毕业于中国科学技术大学物理软件双学位,

15年嵌入式一线编程开发经验。

linux类畅销书<<嵌入式Linux应用开发完全手册>>作者

长期从事嵌入式教学工作,对嵌入式初学者的痛点了如指掌并能通俗易懂讲出来,10年以来,孜孜不倦的培育了几万名优秀嵌入式工程师。

10年以来始终把学员权益放在第一位

脚踏实地的做售后,做答疑,是嵌入式 Linux /Android线上培训领域的佼佼者。


如果你是设备树初学者,或是工作中要用到设备树的嵌入式工程师,这门课就是为你量身打造的。我们有足够的把握,学完课程后你不仅能修改设备树,看懂设备树文件,而且对设备树的内在原理有更深的理解。


为什么我们这么有把握?


  • 先讲解非设备树和使用了设备树代码之间的区别,更深刻的让你理解设备树的作用

  • 边讲边画、现场写代码,先理论后实践,对于难点(比如内核对设备树的处理)重点讲解

  • wiki教程、随堂笔记和代码应有尽有,学习的同时辅助理解,综合填补知识空白点,从而找到自己的学习路径。


学完课程后,你将获得:

  1. 深刻理解设备树的由来和作用

  2. 能看懂设备树文件,能修改驱动支持设备树

  3. 对设备树的内在原理有所了解

课程目录


购买地址:

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w5003-18996326770.1.764a82accZHBAf&id=577749510933&scene=taobao_shop


如果有顾虑,请先试看:


字符设备驱动的传统写法


只想使用设备树不想深入研究怎么办?



以下是部分设备树学员的评价▼

如何获取本公众号精选的干货文章?

请在公众号后台回复"m"获取



加入社群

韦东山官方微信群开通,供学员交流,添加管理员微信(13266630429,验证:进群)即可加入,名额有限先到先得。


喜欢就点一下[ 好看 ]呗

上一篇点赞!保定民建文宣委推进书法艺术进校园又有大动作

下一篇世界上最有用的5门语言是什么?

相关文章:

猎犬本月排行

猎犬精选