C++ 内存泄露

发布于:2025-06-15 ⋅ 阅读:(17) ⋅ 点赞:(0)

C++内存管理内存泄漏(memory leak)通常是指程序在分配内存后,由于未能正确释放(如忘记调用 free 或 delete),导致这部分内存无法被再次使用。

一、内存分配方式

通常内存分配有以下三种:

  1. 从静态存储区域分配:内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量、static变量。
  2. 在栈上创建:在执行函数时。函数中的局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束后,这些存储单元会被自动释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是可分配的内存容量有限。
  3. 从堆上分配,亦称动态内存分配。在执行函数期间,可以通过malloc或者new申请所需大小的内存单元,程序员自己负责何时用free或者delete释放掉申请的内存单元。
    • 动态内存的生存周期由程序员决定,使用非常灵活。但是如果在堆上分配的空间,就有责任回收它,否则运行的程序会出现内存泄漏。
    • 此外,频繁的分配和释放不同大小的堆空间,将会产生堆内碎块。

二、程序内存空间

一个程序将操作系统分配给其运行的内存分为五个区域:

  1. 栈(stack)
    • 存储局部变量、函数参数、返回地址等
    • 自动管理,函数调用时分配,函数返回时释放
    • 栈空间从高地址向低地址增长
    • 栈大小有限,过深的递归或者大数组可能导致栈溢出
  2. 堆区(heap)
    • 用于动态分配内存
    • 由程序员手动管理,分配和释放灵活但容易导致内存泄漏或碎片。
    • 堆空间从低地址向高地址增长。
  3. 数据段(data segment)
    • 初始化数据段:存储已初始化的全局变量和静态变量
    • 未初始化数据段(BSS):存储未初始化的全局变量和静态变量
    • 这些变量在程序运行期间一直存在
  4. 代码段(code segment/text segment)
    • 存储程序的机器代码(编译后的指令)
    • 只读,不可修改
    • 包含函数、控制流等可执行代码

三、内存泄漏原因

  1. 在类的构造函数和析构函数中,没有匹配的调用new和delete函数
    • 在堆里动态分配内存给对象,使用后未及时释放
    • 在构造函数中动态分配内存给成员,在析构函数中未正确释放内存
  2. 没有正确的清除嵌套的对象指针
    • 嵌套的对象指针指的是一个对象(或数据结构)中包含指向其他对象的指针
  3. 没有使用delete[] 释放通过 new[] 动态分配的数组内存
  4. 缺少拷贝构造函数,导致内存被重复释放
    • 按值传递会调用拷贝构造函数,引用传递不会调用。
    • 如果一个类里面有指针成员变量,那么必须显式的写拷贝构造函数和重载赋值运算符,反之则需要禁用拷贝构造函数和重载赋值运算符。
  5. 缺少重载赋值运算符
  6. 函数的返回值是指针或引用类型,但是指针指向的或引用的对象是局部变量,导致返回值变成野指针。
  7. 没有将基类的析构函数定义为虚函数
    • 当基类指针指向子类对象时,如果基类的析构函数不是虚函数,那么子类的析构函数将不会被调用,子类的资源没有正确是释放,因此造成内存泄露。
  8. 析构的对象是 void* 类型
    • delete掉一个void*类型的指针,导致没有调用到对象的析构函数,析构的所有清理工作都没有去执行从而导致内存的泄漏

四、造成野指针的原因

  1. 指针变量没有被初始化
  2. 指针被free或者delete后,没有置为NULL
  3. 指针操作超过了变量的作用范围,比如返回指向栈内存的指针就是野指针。
  4. shared_ptr循环使用

五、常见解决办法

  1. 确保分配与释放配对
  2. 使用智能指针(C++)自动管理内存,防止泄漏
    • shared_ptr(共享的智能指针)
    • unique_ptr(独占的智能指针)
  3. 使用标准库容器(如 std::vector、std::string)代替手动分配的数组,容器会自动管理内存。

六、参考文章

  1. C++ 内存管理中内存泄漏问题产生原因以及解决方法