大家好智听，我是 V 哥羽杰，內(nèi)存泄露在編程中是常見(jiàn)的一種問(wèn)題渡紫，一但程序發(fā)生內(nèi)存泄露問(wèn)題，將導(dǎo)致程序崩潰無(wú)法運(yùn)行考赛。新的一年開(kāi)始惕澎，很多小伙伴也在準(zhǔn)備金三銀四的跳槽，那在面試時(shí)欲虚，面試官多數(shù)情況下也會(huì)問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題集灌，那咱們要怎么不在這個(gè)問(wèn)題上被秒，理解內(nèi)存泄露的細(xì)節(jié)至關(guān)重要复哆，以及哪些情況下更容易出現(xiàn)欣喧，還有怎么解決，下面的內(nèi)容 V 哥跟兄弟們一起來(lái)探討這個(gè)話題梯找。
內(nèi)存泄漏的定義
內(nèi)存泄漏是指程序在運(yùn)行過(guò)程中唆阿，由于疏忽或錯(cuò)誤導(dǎo)致已分配的內(nèi)存空間無(wú)法被正確釋放，使得這部分內(nèi)存一直被占用而無(wú)法被操作系統(tǒng)回收再利用的現(xiàn)象锈锤。在 C++ 等編程語(yǔ)言中驯鳖，如果使用 new 或 malloc 等動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配操作，但忘記使用 delete 或 free 來(lái)釋放內(nèi)存久免，就可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏浅辙。
內(nèi)存泄漏的危害
- 隨著程序運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，可用內(nèi)存會(huì)逐漸減少阎姥，可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降记舆，程序響應(yīng)速度變慢。
- 最終可能會(huì)耗盡系統(tǒng)的內(nèi)存資源呼巴，使程序崩潰或?qū)е抡麄€(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障泽腮。
檢測(cè)內(nèi)存泄漏的方法
-
手動(dòng)檢查代碼：
- 仔細(xì)審查代碼中使用
new、new[]衣赶、malloc等動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的部分诊赊，確保在不再使用內(nèi)存時(shí)，有相應(yīng)的delete府瞄、delete[]或free操作碧磅。 - 注意程序中的異常處理，確保在異常發(fā)生時(shí)摘能，分配的內(nèi)存也能被正確釋放续崖。
- 對(duì)于復(fù)雜的程序，這種方法可能比較困難团搞，因?yàn)閮?nèi)存泄漏可能是由多種因素引起的严望。
- 仔細(xì)審查代碼中使用
-
使用工具：
-
Valgrind：
- 這是一個(gè)強(qiáng)大的開(kāi)源工具，主要用于 Linux 平臺(tái)逻恐，可檢測(cè) C像吻、C++ 程序中的內(nèi)存泄漏等問(wèn)題峻黍。
- 例如，在命令行中使用
valgrind --leak-check=full./your_program運(yùn)行程序拨匆，它會(huì)生成詳細(xì)的內(nèi)存使用報(bào)告姆涩，指出哪些內(nèi)存沒(méi)有被正確釋放。
-
AddressSanitizer：
- 這是一個(gè)編譯器工具惭每，集成在 GCC 和 Clang 等編譯器中骨饿，可用于檢測(cè)多種內(nèi)存錯(cuò)誤，包括內(nèi)存泄漏台腥。
- 可以在編譯時(shí)添加
-fsanitize=address選項(xiàng)宏赘，如g++ -fsanitize=address -g your_program.cpp -o your_program。運(yùn)行程序時(shí)黎侈，會(huì)輸出有關(guān)內(nèi)存錯(cuò)誤的信息察署。
-
Visual Studio 調(diào)試器：
- 在 Windows 平臺(tái)上，Visual Studio 提供了內(nèi)存診斷工具峻汉。
- 在調(diào)試程序時(shí)贴汪，可使用“診斷工具”窗口查看內(nèi)存使用情況，它可以檢測(cè)內(nèi)存泄漏休吠，并提供詳細(xì)的信息扳埂。
-
Valgrind：
解決內(nèi)存泄漏的方法
-
正確使用內(nèi)存管理操作符：
- 在 C++ 中，確保使用
new和delete成對(duì)出現(xiàn)瘤礁，使用new[]和delete[]成對(duì)出現(xiàn)聂喇。 - 示例：
- 在 C++ 中，確保使用
#include <iostream>
int main() {
int* ptr = new int; // 分配內(nèi)存
// 使用 ptr 指針
delete ptr; // 釋放內(nèi)存
return 0;
}
- 對(duì)于 C，使用
malloc和free時(shí)蔚携，也應(yīng)確保它們的正確使用：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int)); // 分配內(nèi)存
if (ptr == NULL) { // 檢查分配是否成功
perror("malloc failed");
return 1;
}
// 使用 ptr 指針
free(ptr); // 釋放內(nèi)存
return 0;
}
- 使用智能指針：
在 C++ 中，使用智能指針（如
std::unique_ptr克饶、std::shared_ptr酝蜒、std::weak_ptr）可以自動(dòng)管理內(nèi)存，避免手動(dòng)釋放內(nèi)存的麻煩和可能的遺漏矾湃。示例：
#include <iostream>
#include <memory>
int main() {
std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42); // 使用 unique_ptr 自動(dòng)管理內(nèi)存
// 不需要手動(dòng) delete
return 0;
}
-
std::unique_ptr會(huì)在其析構(gòu)函數(shù)中自動(dòng)釋放所指向的內(nèi)存亡脑，無(wú)需顯式調(diào)用delete。
-
使用 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原則：
- 將資源的獲取和釋放封裝在類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中邀跃，利用對(duì)象的生命周期來(lái)管理資源霉咨。
- 示例：
#include <iostream>
class Resource {
private:
int* data;
public:
Resource() {
data = new int[100]; // 在構(gòu)造函數(shù)中分配資源
}
~Resource() {
delete[] data; // 在析構(gòu)函數(shù)中釋放資源
}
};
int main() {
Resource r; // 當(dāng) r 離開(kāi)作用域時(shí)，析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用拍屑，釋放資源
return 0;
}
-
內(nèi)存池技術(shù)：
- 對(duì)于頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作途戒，可以使用內(nèi)存池來(lái)提高性能和避免內(nèi)存碎片。
- 內(nèi)存池在程序啟動(dòng)時(shí)分配一塊較大的內(nèi)存僵驰，需要內(nèi)存時(shí)從池中獲取喷斋，釋放時(shí)將內(nèi)存歸還到池中唁毒，避免了頻繁調(diào)用系統(tǒng)的內(nèi)存分配和釋放函數(shù)。
-
避免循環(huán)引用：
- 在使用智能指針時(shí)星爪，要注意避免循環(huán)引用浆西，特別是使用
std::shared_ptr時(shí)。 - 示例：
- 在使用智能指針時(shí)星爪，要注意避免循環(huán)引用浆西，特別是使用
#include <iostream>
#include <memory>
class A;
class B;
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
~A() {
std::cout << "A's destructor called" << std::endl;
}
};
class B {
public:
std::shared_ptr<A> a_ptr;
~B() {
std::cout << "B's destructor called" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a; // 循環(huán)引用顽腾，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
return 0;
}
- 可以使用
std::weak_ptr來(lái)打破循環(huán)引用：
#include <iostream>
#include <memory>
class A;
class B;
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
~A() {
std::cout << "A's destructor called" << std::endl;
}
};
class B {
public:
std::weak_ptr<A> a_ptr; // 使用 weak_ptr 避免循環(huán)引用
~B() {
std::cout << "B's destructor called" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
return 0;
}
在這個(gè)修改后的例子中近零，B 類(lèi)中的 a_ptr 被修改為 std::weak_ptr，避免了循環(huán)引用抄肖，使得 A 和 B 的對(duì)象在不再被引用時(shí)可以正確地被銷(xiāo)毀久信。
通過(guò)上述方法，可以有效地檢測(cè)和解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題憎瘸，確保程序的健壯性和性能入篮。
有哪些常見(jiàn)的情況會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏？
以下是一些常見(jiàn)的會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的情況：
1. 忘記釋放動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存
在使用 new幌甘、new[]（C++）或 malloc潮售、calloc、realloc（C）等分配內(nèi)存后锅风，忘記使用相應(yīng)的 delete酥诽、delete[]（C++）或 free（C）釋放內(nèi)存。
// C++ 示例
void func() {
int* ptr = new int;
// 忘記使用 delete ptr;
}
// C 示例
void func() {
int* ptr = (int*)malloc(sizeof(int));
// 忘記使用 free(ptr);
}
在上述函數(shù)中皱埠，分配了內(nèi)存但沒(méi)有釋放肮帐，當(dāng)函數(shù)結(jié)束時(shí)，該內(nèi)存仍然被占用边器，從而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏训枢。
2. 異常導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
當(dāng)程序中發(fā)生異常時(shí)，如果在異常發(fā)生前分配了內(nèi)存但還沒(méi)有釋放忘巧，而異常處理中又沒(méi)有正確處理該內(nèi)存釋放恒界，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
void func() {
int* ptr = new int;
try {
// 拋出異常
throw std::runtime_error("Something went wrong");
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << e.what() << std::endl;
// 沒(méi)有釋放 ptr 導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
}
}
正確的做法是在異常處理中確保釋放內(nèi)存：
#include <iostream>
#include <stdexcept>
void func() {
int* ptr = new int;
try {
// 拋出異常
throw std::runtime_error("Something went wrong");
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << e.what() << std::endl;
}
delete ptr; // 釋放內(nèi)存
}
3. 容器中的指針沒(méi)有正確釋放
當(dāng)使用容器存儲(chǔ)指針砚嘴，并且容器被銷(xiāo)毀時(shí)十酣，如果沒(méi)有正確刪除指針?biāo)赶虻膬?nèi)存，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏际长。
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int*> vec;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
int* ptr = new int(i);
vec.push_back(ptr);
}
// 容器銷(xiāo)毀時(shí)耸采，沒(méi)有釋放存儲(chǔ)的指針指向的內(nèi)存
return 0;
}
應(yīng)該在容器銷(xiāo)毀前手動(dòng)釋放存儲(chǔ)的指針指向的內(nèi)存：
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int*> vec;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
int* ptr = new int(i);
vec.push_back(ptr);
}
for (int* ptr : vec) {
delete ptr;
}
return 0;
}
4. 循環(huán)引用導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏
在使用智能指針時(shí)，如果出現(xiàn)循環(huán)引用工育，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存無(wú)法釋放虾宇。
#include <iostream>
#include <memory>
class A;
class B;
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
};
class B {
public:
std::shared_ptr<A> a_ptr;
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
// 當(dāng) main 函數(shù)結(jié)束時(shí)，a 和 b 相互引用如绸，無(wú)法釋放內(nèi)存
return 0;
}
解決方法是使用 std::weak_ptr 打破循環(huán)引用：
#include <iostream>
#include <memory>
class A;
class B;
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
};
class B {
public:
std::weak_ptr<A> a_ptr;
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
return 0;
}
5. 錯(cuò)誤使用全局或靜態(tài)變量
如果全局或靜態(tài)變量中存儲(chǔ)了動(dòng)態(tài)分配的指針文留，并且沒(méi)有正確釋放好唯，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
#include <iostream>
class MyClass {
public:
int* data;
MyClass() {
data = new int[100];
}
};
MyClass globalObj; // 全局對(duì)象
int main() {
// 程序結(jié)束時(shí)燥翅，沒(méi)有釋放 globalObj.data 導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
return 0;
}
可以在全局對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)中釋放內(nèi)存：
#include <iostream>
class MyClass {
public:
int* data;
MyClass() {
data = new int[100];
}
~MyClass() {
delete[] data;
}
};
MyClass globalObj; // 全局對(duì)象
int main() {
return 0;
}
6. 未關(guān)閉文件句柄或資源
雖然不是直接的內(nèi)存泄漏骑篙，但文件句柄或其他系統(tǒng)資源的泄漏可能會(huì)間接影響內(nèi)存使用。例如森书，打開(kāi)文件或網(wǎng)絡(luò)連接后沒(méi)有關(guān)閉靶端，會(huì)導(dǎo)致資源耗盡，進(jìn)而影響內(nèi)存凛膏。
#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
std::ofstream file("example.txt");
// 忘記使用 file.close();
return 0;
}
正確的做法是：
#include <iostream>
#include <fstream>
int main() {
std::ofstream file("example.txt");
// 操作文件
file.close();
return 0;
}
通過(guò)避免以上常見(jiàn)情況杨名，可以顯著減少程序中內(nèi)存泄漏的可能性，提高程序的性能和穩(wěn)定性猖毫。
如何使用智能指針來(lái)避免內(nèi)存泄漏台谍？
以下是使用智能指針來(lái)避免內(nèi)存泄漏的詳細(xì)說(shuō)明：
1. std::unique_ptr
-
特點(diǎn)：
-
std::unique_ptr是獨(dú)占所有權(quán)的智能指針，同一時(shí)間只能有一個(gè)std::unique_ptr擁有對(duì)某個(gè)對(duì)象的所有權(quán)吁断。 - 當(dāng)
std::unique_ptr被銷(xiāo)毀時(shí)趁蕊，它所指向的對(duì)象會(huì)自動(dòng)被刪除。 - 不能復(fù)制
std::unique_ptr仔役，但可以移動(dòng)它掷伙。
-
- 示例代碼：
#include <iostream>
#include <memory>
class MyClass {
public:
MyClass() {
std::cout << "MyClass constructor called" << std::endl;
}
~MyClass() {
std::cout << "MyClass destructor called" << std::endl;
}
void print() {
std::cout << "Hello from MyClass" << std::endl;
}
};
int main() {
// 使用 std::make_unique 創(chuàng)建 std::unique_ptr
std::unique_ptr<MyClass> ptr = std::make_unique<MyClass>();
ptr->print();
// 當(dāng) ptr 離開(kāi) main 函數(shù)的作用域時(shí)，它會(huì)自動(dòng)調(diào)用 MyClass 的析構(gòu)函數(shù)
return 0;
}
-
代碼解釋：
-
std::make_unique<MyClass>()用于創(chuàng)建一個(gè)MyClass對(duì)象又兵，并將其存儲(chǔ)在std::unique_ptr中任柜。 -
ptr->print();調(diào)用MyClass對(duì)象的print方法，證明對(duì)象正常使用沛厨。 - 當(dāng)
ptr超出main函數(shù)的范圍時(shí)宙地，MyClass的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用，無(wú)需手動(dòng)調(diào)用delete逆皮。
-
2. std::shared_ptr
-
特點(diǎn)：
-
std::shared_ptr允許多個(gè)智能指針共享對(duì)同一對(duì)象的所有權(quán)绸栅。 - 它使用引用計(jì)數(shù)機(jī)制，當(dāng)最后一個(gè)
std::shared_ptr被銷(xiāo)毀時(shí)页屠，對(duì)象會(huì)被刪除。 - 可以復(fù)制
std::shared_ptr蓖柔，并且它們都指向同一個(gè)對(duì)象辰企。
-
- 示例代碼：
#include <iostream>
#include <memory>
class MyClass {
public:
MyClass() {
std::cout << "MyClass constructor called" << std::endl;
}
~MyClass() {
std::cout << "MyClass destructor called" << std::endl;
}
void print() {
std::cout << "Hello from MyClass" << std::endl;
}
};
int main() {
// 使用 std::make_shared 創(chuàng)建 std::shared_ptr
std::shared_ptr<MyClass> ptr1 = std::make_shared<MyClass>();
std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;
ptr1->print();
ptr2->print();
// 當(dāng) ptr1 和 ptr2 都超出作用域時(shí)，MyClass 的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被調(diào)用
return 0;
}
-
代碼解釋：
-
std::make_shared<MyClass>()創(chuàng)建一個(gè)MyClass對(duì)象并存儲(chǔ)在std::shared_ptr中况鸣。 -
std::shared_ptr<MyClass> ptr2 = ptr1;讓ptr2共享ptr1所指向?qū)ο蟮乃袡?quán)牢贸，引用計(jì)數(shù)加 1。 - 當(dāng)
ptr1和ptr2都超出作用域時(shí)镐捧，引用計(jì)數(shù)變?yōu)?0潜索，MyClass的析構(gòu)函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)用臭增。
-
3. std::weak_ptr
-
特點(diǎn)：
-
std::weak_ptr是一種弱引用，它不會(huì)增加std::shared_ptr的引用計(jì)數(shù)竹习。 - 通常用于解決
std::shared_ptr之間的循環(huán)引用問(wèn)題誊抛。
-
- 示例代碼：
#include <iostream>
#include <memory>
class A;
class B;
class A {
public:
std::shared_ptr<B> b_ptr;
~A() {
std::cout << "A's destructor called" << std::endl;
}
};
class B {
public:
std::weak_ptr<A> a_ptr;
~B() {
std::cout << "B's destructor called" << std::endl;
}
};
int main() {
std::shared_ptr<A> a = std::make_shared<A>();
std::shared_ptr<B> b = std::make_shared<B>();
a->b_ptr = b;
b->a_ptr = a;
// 當(dāng) main 函數(shù)結(jié)束時(shí)，不會(huì)因?yàn)檠h(huán)引用而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
return 0;
}
-
代碼解釋：
-
std::make_shared<A>()和std::make_shared<B>()分別創(chuàng)建A和B的對(duì)象并存儲(chǔ)在std::shared_ptr中整陌。 -
a->b_ptr = b;和b->a_ptr = a;會(huì)造成循環(huán)引用拗窃，如果a_ptr也是std::shared_ptr，則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏泌辫。 - 但使用
std::weak_ptr不會(huì)增加引用計(jì)數(shù)随夸，當(dāng)main函數(shù)結(jié)束時(shí)，a和b的析構(gòu)函數(shù)會(huì)被正確調(diào)用震放，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)相互保持對(duì)方的生命周期宾毒。
-
小結(jié)
- 使用
std::unique_ptr可以確保獨(dú)占資源的自動(dòng)釋放，適用于大多數(shù)不需要共享資源的情況殿遂。 -
std::shared_ptr適用于需要共享資源的情況诈铛，但要注意避免循環(huán)引用，否則可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏勉躺。 -
std::weak_ptr可用于解決std::shared_ptr引起的循環(huán)引用問(wèn)題癌瘾，它不會(huì)影響對(duì)象的生命周期，但可以檢查對(duì)象是否仍然存在饵溅。
通過(guò)使用這些智能指針妨退，可以避免手動(dòng)管理內(nèi)存時(shí)可能出現(xiàn)的忘記釋放內(nèi)存、異常導(dǎo)致無(wú)法釋放內(nèi)存等問(wèn)題蜕企，從而避免內(nèi)存泄漏咬荷。
最后
充分理解內(nèi)存泄露和解決問(wèn)題的方法，不僅在編碼過(guò)程中避免問(wèn)題轻掩，也能在面試中搞定面試官幸乒，最后預(yù)祝兄弟們?cè)谛碌囊荒昀铮瑵q薪多多唇牧，工作更上一層樓罕扎，關(guān)注威哥愛(ài)編程，做一名純粹的程序員丐重。
