C语言动态内存管理(下)

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本篇主题：C语言动态内存管理(下)
发布时间：2025.3.18
隶属专栏：C语言

动态内存常见错误

内存泄漏（Memory Leak）

典型场景

void process_data() {
    int* buffer = malloc(1024 * sizeof(int));
    // 忘记调用 free(buffer)
}

后果

• 程序持续运行时会不断消耗内存
• 长期运行的服务可能因此崩溃

解决方案

• 遵循申请与释放成对出现原则
• 使用RAII模式（C可用__attribute__((cleanup))扩展）

悬挂指针（Dangling Pointer）

错误示例

int* create_int() {
    int value = 42;
    return &value; // 返回局部变量地址
}

int main() {
    int* ptr = create_int();
    printf("%d", *ptr); // 不可预测结果
}

深层原理

• 栈帧销毁后，原地址可能被其他数据覆盖
• 堆内存释放后若未置空，指针仍保存失效地址

修复方案

及时释放，释放后立即置空

free(ptr);
ptr = NULL; // 立即置空

双重释放（Double Free）

危险操作

对同一地址空间进行多次释放

char* str = malloc(64);
free(str);
free(str);

系统表现

• 可能立即引发segmentation fault
• 可能破坏堆管理结构导致后续malloc失败

防护措施：

• 使用释放后置空的编程规范
• 在复杂逻辑中明确资源所有权

越界访问（Out-of-Bounds）

典型错误

数组只开辟了[0,4]的空间，访问时却访问了下标为5的空间。

int* arr = malloc(5 * sizeof(int));
for(int i=0; i<=5; i++) { // 索引0-4有效
    arr[i] = i; // i=5时越界
}

内存影响

• 可能覆盖相邻内存的控制信息
• 可能修改其他变量值导致逻辑错误

未初始化访问

问题代码

内存开辟出来未进行初始化就直接访问。

int* p = malloc(sizeof(int));
printf("%d", *p);

随机性危害

• 可能意外修改关键内存区域
• 在不同运行环境中表现不一致

防御性编程

指针定义时显示初始化， 指针使用时进判空。

int* p = malloc(sizeof(int));
*p = 10;
printf("%d", *p);

释放栈区内容

错误示例

对于非动态开辟出来的内存进行释放

void test()
{
 int a = 10;
 int *p = &a;
 free(p);
}

解决方案

• 遵循申请与释放成对出现原则
• 使用RAII模式（C可用__attribute__((cleanup))扩展）

未全部释放

错误示例

在释放内存的时候，创建时的指针和原来的指针已经不在同一个位置，直接释放则会有内存错误。

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 p++;
 free(p);
}

解决方案

在创建的时候，使用一个指针记录起始位置，

void test()
{
 int *p = (int *)malloc(100);
 int *ptr=p;
 p++;
 free(ptr);
}

C/C++程序的内存开辟

C/C++程序内存分配的几个区域：

1. 栈区（stack）：在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
2. 堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
3. 数据段（静态区）（static）存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
4. 代码段：存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

实际上普通的局部变量是在栈区分配空间的，栈区的特点是在上面创建的变量出了作用域就销毁。
但是被static修饰的变量存放在数据段（静态区），数据段的特点是在上面创建的变量，直到程序结束才销毁所以生命周期变长。

⚠️ 写在最后：以上内容是我在学习以后得一些总结和概括，如有错误或者需要补充的地方欢迎各位大佬评论或者私信我交流！！！