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對程序員來說內(nèi)存相關(guān)的 bug 排查難度幾乎和多線程問題并駕齊驅(qū)，當(dāng)程序出現(xiàn)運(yùn)行異常時可能距離真正有 bug 的那行代碼已經(jīng)很遠(yuǎn)了，這就導(dǎo)致問題定位排查非常困難，這篇文章將總結(jié)涉及內(nèi)存的一些經(jīng)典 bug ，快來看看你知道幾個，或者你的程序中現(xiàn)在有幾個。。。

返回局部變量地址

我們來看這樣一段代碼：

int fun() {  int a = 2;  return &a;}void main() {  int* p = fun();  *p = 20;} 

這段代碼非常簡單，func 函數(shù)返回一個指向局部變量的地址，main 函數(shù)中調(diào)用 fun 函數(shù)，獲取到指針后將其設(shè)置為 20。

你能看出這段代碼有什么問題嗎?問題在于局部變量 a 位于 func 的棧幀中，當(dāng) func 執(zhí)行結(jié)束，其棧幀也不復(fù)存在，因此 main 函數(shù)中調(diào)用 func 函數(shù)后得到的指針指向一個不存在的變量：

盡管上述代碼仍然可以“正常”運(yùn)行，但如果后續(xù)調(diào)用其它函數(shù)比如funcB，那么指針p指向的內(nèi)容將被 funcB 函數(shù)的棧幀內(nèi)容覆蓋掉，又或者修改指針 p 實際上是在破壞 funcB 函數(shù)的棧幀，這將導(dǎo)致極其難以排查的 bug。

錯誤的理解指針運(yùn)算

int sum(int* arr, int len) { 
  int sum = 0; 
  for (int i = 0; i < len; i++) { 
      sum += *arr; 
      arr += sizeof(int); 
  } 
  return sum; 
} 

這段代碼本意是想計算給定數(shù)組的和，但上述代碼并沒有理解指針運(yùn)算的本意。指針運(yùn)算中的加1并不是說移動一個字節(jié)而是移動一個單位，指針指向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小就是一個單位。因此，如果指針指向的數(shù)據(jù)類型是 int，那么指針加 1 則移動 4 個字節(jié)(32位)，如果指針指向的是結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體的大小為 1024 字節(jié)，那么指針加 1 其實是移動 1024 字節(jié)。

從這里我們可以看出，移動指針時我們根本不需要關(guān)心指針指向的數(shù)據(jù)類型的大小，因此上述代碼簡單的將arr += sizeof(int)改為arr++即可。

解引用有問題的指針

C語言初學(xué)者常會犯一個經(jīng)典錯誤，那就是從標(biāo)準(zhǔn)輸入中獲取鍵盤數(shù)據(jù)，代碼是這樣寫的：

int a; 
scanf("%d", a); 

很多同學(xué)并不知道這樣寫會有什么問題，因為上述代碼有時并不會出現(xiàn)運(yùn)行時錯誤。

原來 scanf 會將a的值當(dāng)做地址來對待，并將從標(biāo)準(zhǔn)輸入中獲取到的數(shù)據(jù)寫到該地址中。這時接下來程序的表現(xiàn)就取決于a的值了，而上述代碼中局部變量a的值是不確定的，那么這時：

如果a的值作為指針指向代碼區(qū)或者其它不可寫區(qū)域，操作系統(tǒng)將立刻kill掉該進(jìn)程，這是最好的情況，這時發(fā)現(xiàn)問題還不算很難

如果a的值作為指針指向棧區(qū)，那么此時恭喜你，其它函數(shù)的棧幀已經(jīng)被破壞掉了，那么程序接下來的行為將脫離掌控，這樣的 bug 極難定位

如果a的值作為指針指向堆區(qū)，那么此時也恭喜你，代碼中動態(tài)分配的內(nèi)存已經(jīng)被你破壞掉了，那么程序接下來的行為同樣脫離掌控，這樣的bug也極難定位

讀取未初始化的內(nèi)存

我們來看這樣一段代碼：

void add() { 
  int* a = (int*)malloc(sizeof(int)); 
  *a += 10; 
} 

上述代碼的錯誤之處在于假設(shè)從堆上動態(tài)分配的內(nèi)存總是初始化為 0，實際上并不是這樣的。我們需要知道，當(dāng)調(diào)用 malloc 時實際上有以下兩種可能：

如果 malloc 自己維護(hù)的內(nèi)存夠用，那么 malloc 從空閑內(nèi)存中找到一塊大小合適的返回，注意，這一塊內(nèi)存可能是之前用過后釋放的。在這種情況下，這塊內(nèi)存包含了上次使用時留下的信息，因此不一定為0

如果 malloc 自己維護(hù)的內(nèi)存不夠用，那么通過 brk 等系統(tǒng)調(diào)用向操作系統(tǒng)申請內(nèi)存，在這種情況下操作系統(tǒng)返回的內(nèi)存確實會被初始化為0。原因很簡單，操作系統(tǒng)返回的這塊內(nèi)存可能之前被其它進(jìn)程使用過，這里面也許會包含了一些敏感信息，像密碼之類，因此出于安全考慮防止你讀取到其它進(jìn)程的信息，操作系統(tǒng)在把內(nèi)存交給你之前會將其初始化為0。

現(xiàn)在你應(yīng)該知道了吧，你不能想當(dāng)然的假定 malloc 返回給你的內(nèi)存已經(jīng)被初始化為 0，你需要自己手動清空。

內(nèi)存泄漏

void memory_leak() { 
  int *p = (int *)malloc(sizeof(int)); 
  return; 
} 

上述代碼在申請一段內(nèi)存后直接返回，這樣申請到的這塊內(nèi)存在代碼中再也沒有機(jī)會釋放掉了，這就是內(nèi)存泄漏。內(nèi)存泄漏是一類極為常見的問題，尤其對于不支持自動垃圾回收的語言來說，但并不是說自帶垃圾回收的語言像 Java 等就不會有內(nèi)存泄漏，這類語言同樣會遇到內(nèi)存泄漏問題。有內(nèi)存泄漏問題的程序會不斷的申請內(nèi)存，但不去釋放，這會導(dǎo)致進(jìn)程的堆區(qū)越來越大直到進(jìn)程被操作系統(tǒng) Kill 掉，在 Linux 系統(tǒng)中這就是有名的 OOM 機(jī)制，Out Of Memory Killer。

幸好，有專門的工具來檢測內(nèi)存泄漏出在了哪里，像valgrind、gperftools等。內(nèi)存泄漏是一個很有意思的問題，對于那些運(yùn)行時間很短的程序來說，內(nèi)存泄漏根本就不是事兒，因為對現(xiàn)代操作系統(tǒng)來說，進(jìn)程退出后操作系統(tǒng)回收其所有內(nèi)存，這就是意味著對于這類程序即使有內(nèi)存泄漏也就是發(fā)生在短時間內(nèi)，甚至你根本就察覺不出來。但是對于服務(wù)器一類需要長時間運(yùn)行的程序來說內(nèi)存泄漏問題就比較嚴(yán)重了，內(nèi)存泄漏將會影響系統(tǒng)性能最終導(dǎo)致進(jìn)程被 OOM 殺掉，對于一些關(guān)鍵的程序來說，進(jìn)程退出就意味著收入損失，特別是在節(jié)假日等重要節(jié)點出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的話，那么肯定又有一批程序員要被問責(zé)了。

引用已被釋放的內(nèi)存

void add() { 
  int* a = (int*)malloc(sizeof(int)); 
  ... 
  free(a); 
  int* b = (int*)malloc(sizeof(int)); 
  *b = *a; 
} 

這段代碼在堆區(qū)申請了一塊內(nèi)存裝入整數(shù)，之后釋放，可是在后續(xù)代碼中又再一次引用了被釋放的內(nèi)存塊，此時a指向的內(nèi)存保存什么內(nèi)容取決于malloc 內(nèi)部的工作狀態(tài)：

指針a指向的那塊內(nèi)存釋放后沒有被 malloc 再次分配出去，那么此時a指向的值和之前一樣

指針a指向的那塊內(nèi)存已經(jīng)被 malloc分配出去了，此時a指向的內(nèi)存可能已經(jīng)被覆蓋，那么*b得到的就是一個被覆蓋掉的數(shù)據(jù)，這類問題可能要等程序運(yùn)行很久才會發(fā)現(xiàn)，而且往往難以定位。

循環(huán)遍歷是0開始的

void init(int n) { 
  int* arr = (int*)malloc(n * sizeof(int)); 
  for (int i = 0; i <= n; i++) { 
      arr[i] = i; 
  } 
} 

這段代碼的本意是要初始化數(shù)組，但忘記了數(shù)組遍歷是從 0 開始的，實際上述代碼執(zhí)行了 n+1 次賦值操作，同時將數(shù)組 arr 之后的內(nèi)存用 i 覆蓋掉了。這同樣取決于 malloc 的工作狀態(tài)，如果 malloc 給到 arr 的內(nèi)存本身比n*sizeof(int)要大，那么覆蓋掉這塊內(nèi)存可能也不會有什么問題，但如果覆蓋的這塊內(nèi)存中保存有 malloc 用于維護(hù)內(nèi)存分配信息的話，那么此舉將破壞 malloc 的工作狀態(tài)。

指針大小與指針?biāo)赶驅(qū)ο蟮拇笮〔煌?/strong>

int **create(int n) { 
int i; 
int **M = (int **)malloc(n * sizeof(int)); 
 
for (i = 0; i < n; i++) 
  M[i] = (int *)malloc(m * sizeof(int)); 
    
return M; 
} 

void buffer_overflow() { 
char buf[32]; 
 
gets(buf); 
return; 
} 

void delete_one(int** arr, int* size) { 
  free(arr[*size - 1]); 
  *size--; 
}