▶ 内存泄漏
清单 1. 简单的潜在堆内存丢失和缓冲区覆盖
void f1(char *explanation)
{
char p1;
p1 = malloc(100);
(void) sprintf(p1, "The f1 error occurred because of '%s'.", explanation); local_log(p1);
}
在实际的 C 和 C++ 编程中,这不足以影响您对 malloc()或 new()的使用,本文提到了“资源”不是仅指“内存”,因为还有类似以下内容的示例(请参见清单 2)。FILE句柄可能与内存块不同,但是必须对它们给予同等关注:
清单 2. 来自资源错误管理的潜在堆内存丢失
int getkey(char *filename)
{
FILE *fp;
int key;
fp = fopen(filename, "r");
fscanf(fp, "%d", &key);
return key;
}
fopen的语义需要配对的 fclose()。在没有 fclose()的情况下,C 标准不能指定发生的情况时,很可能是内存泄漏。其他资源(如信号量、网络句柄、数据库连接等)同样值得考虑。
void f2(int datum)
{
int *p2;
/* Uh-oh! No one has initialized p2. */
*p2 = datum;
...
}
在此错误类型中存在多个变种。free()释放的内存比 malloc()更频繁(请参见清单 4):
清单 4. 两个错误的内存释放
/* Allocate once, free twice. */
void f3()
{
char *p;
p = malloc(10);
...
free(p);
... free(p);
}
/* Allocate zero times, free once. */
void f4()
{
char *p;
/* Note that p remains uninitialized here. */
free(p);
}
清单 5. 悬空指针
void f8()
{
struct x *xp;
xp = (struct x *) malloc(sizeof (struct x));
xp.q = 13;
...
free(xp);
...
/* Problem! There's no guarantee that the memory block to which xp points hasn't been overwritten. */
return xp.q;
}
即使影响提前释放内存范围的代码已本地化,内存的使用仍然可能取决于应用程序甚至(在极端情况下)不同进程中的其他执行位置。
悬空指针可能发生在以微妙方式使用内存的代码中。结果是,即使内存在释放后立即被覆盖,并且新指向的值不同于预期值,也很难识别出新值是错误值。悬空指针不断威胁着 C 或 C++ 程序的运行状态。
勤奋和自律可以让这些错误造成的影响降至最低限度。
下面我们介绍一下您可以采用的几个特定步骤;
我在各种组织中处理它们的经验是,至少可以一定程度上持续减少内存错误。
▶ 编码风格
编码风格是最重要的,我还从没有看到过其他任何作者对此加以强调。影响资源(特别是内存)的函数和方法需要显式地解释本身。下面是有关标头、注释或名称的一些示例(请参见清单 6)。
/********* ...
* Note that any function invoking protected_file_read()
* assumes responsibility eventually to fclose() its
* return value, UNLESS that value is NULL.
*/
FILE *protected_file_read(char *filename)
{
FILE *fp;
fp = fopen(filename, "r");
if (fp) {... } else {... } return fp;
}
/******** ...
* Note that the return value of get_message points to a
* fixed memory location. Do NOT free() it; remember to
* make a copy if it must be retained ...
*/
char *get_message()
{
static char this_buffer[400];
...
(void) sprintf(this_buffer, ...);
return this_buffer;
}
/********* ...
* While this function uses heap memory, and so
* temporarily might expand the over-all memory
* footprint, it properly cleans up after itself.
* *******
*/
int f6(char *item1)
{
my_class c1;
int result;
... c1 = new my_class(item1);
... result = c1.x;
delete c1;
return result;}
/********* ...
* Note that f8() is documented to return a value
* which needs to be returned to heap; as f7 thinly
* wraps f8, any code which invokes f7() must be* careful to free() the return value.
*********/
int *f7()
{
int *p;
p = f8(...);
... return p;
}
- 专用库
-
语言 -
软件工具
硬件检查器在这整个领域中,我始终认为最有用并且投资回报率最大的是考虑改进源代码的风格。它不需要昂贵的代价或严格的形式;
可以始终取消与内存无关的段的注释,但影响内存的定义当然需要显式注释。
添加几个简单的单词可使内存结果更清楚,并且内存编程会得到改进。
▶ 检测
清单 7. 棘手的内存泄漏
static char *important_pointer = NULL;
void f9()
{
if (!important_pointer)
important_pointer = malloc(IMPORTANT_SIZE);
...
if (condition)
/* Ooops! We just lost the reference important_pointer already held. */
important_pointer = malloc(DIFFERENT_SIZE);
...
}
如果 condition为真,简单使用自动运行时工具不能检测发生的内存泄漏。
仔细进行源分析可以从此类条件推理出证实正确的结论。
我重复一下我写的关于风格的内容:尽管大量发布的内存问题描述都强调工具和语言,对于我来说,最大的收获来自“软的”以开发人员为中心的流程变更。
您在风格和检测上所做的任何改进都可以帮助您理解由自动化工具产生的诊断。
▶ 静态的自动语法分析
希望让您的代码无 lint。尽管 lint已过时,并有一定的局限性,但是,没有使用它(或其较高级的后代)的许多程序员犯了很大的错误。通常情况下,您能够编写忽略 lint的优秀的专业质量代码,但努力这样做的结果通常会发生重大错误。其中一些错误影响内存的正确性。与让客户首先发现内存错误的代价相比,即使对这种类别的产品支付最昂贵的许可费也失去了意义。清除源代码。现在,即使 lint标记的编码可能向您提供所需的功能,但很可能存在更简单的方法,该方法可满足 lint,并且比较强键又可移植。
▶ 内存库
由于这些原因,我们催促 C 和 C++ 程序员为解决内存问题先了解一下自己的源。在这完成之后,才去考虑库。
使用几个库能够编写常规的 C 或 C++ 代码,并保证改进内存管理。Jonathan Bartlett 在 developerWorks 的 2004 评论专栏中介绍了主要的候选项,可以在下面的参考资料部分获得。库可以解决多种不同的内存问题,以致于直接对它们进行比较是非常困难的;这方面的常见主题包括垃圾收集、智能指针和智能容器。大体上说,库可以自动进行较多的内存管理,这样程序员可以犯更少的错误。
我对内存库有各种感受。他们在努力工作,但我看到他们在项目中获得的成功比预期要小,尤其在 C 方面。我尚未对这些令人失望的结果进行仔细分析。例如,业绩应该与相应的手动内存管理一样好,但是这是一个灰色区域——尤其在垃圾收集库处理速度缓慢的情况下。通过这方面的实践得出的最明确的结论是,与 C 关注的代码组相比,C++ 似乎可以较好地接受智能指针。
▶ 内存工具
本文主要讨论了基于软件的内存工具。还有硬件内存调试器;在非常特殊的情况下(主要是在使用不支持其他工具的专用主机时)才考虑它们。
市场上的软件内存工具包括专有工具(如 IBM Rational Purify 和 Electric Fence)和其他开放源代码工具。其中有许多可以很好地与 AIX 和其他操作系统一起使用。
所有内存工具的功能基本相同:构建可执行文件的特定版本(很像在编译时通过使用 -g标记生成的调试版本)、练习相关应用程序和研究由工具自动生成的报告。请考虑如清单 8所示的程序。
清单 8. 示例错误
int main()
{
char p[5];
strcpy(p, "Hello, world.");
puts(p);
}
▶ 结束语

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