浅谈c语言 内存溢出和内存泄漏

内存溢出&内存泄漏 (C语言)

写在前面:

​ c语言中常见的内存管理问题，代码检查非常困难，众多程序Bug均来自它们,指针功能非常强大，但是程序可读性较差，对新手极其不友好。但是如果你掌握空指针 野指针和指针运算，知道二级指针 指针数组 数组指针请跳过。使用指针有很多不可控事件发生，如硬件开发中极容易出现烧毁电路甚至炸电容的事情发生，所以能不用指针就尽量不要用。

尽量 不要 不要 不要 不要 使用 指针！！！

1.内存泄漏（Memory Leak）

动态内存分配后未能正确释放内存，导致内存资源无法被回收利用，随着程序运行，为释放的内存堆积，最终导致内存耗尽，性能下降和程序崩溃。

内存泄漏主要原因：

1.1.指针重新赋值：

void test(int* ps){
  ps = 10; //此时ps就是一个指针
}

1.2.错误的内存释放

• 栈的错误内存示范

/*数组方式的结构，不释放ps,而是释放数组中动态开辟空间的区域ps->a

*/
typedef int STDataType;
typedef struct Stack{
    int top; //栈顶 数据个数
    int capacity; //空间
    STDataType* a; //数据容器
}ST;
/*销毁栈 示例*/
void StackDestory(ST* ps){
    assert(ps);
    ps->top = 0;
    ps->capacity = 0;
//  free(ps); //错误的内存释放
    free(ps->a); //示例~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    ps->a = NULL; //防御性编程，指针置空，同时无法再访问导致野指针出现
}

• 队列的错误内存释放

//数据存储结构
typedef struct QueueNode{
    QDataType data;
    struct QueueNode* next;
}QNode;

//队头指针和队尾指针
typedef struct Queue{
    QNode* head; //队尾
    QNode* tail; //队尾
}QUeue;
//示例
void QueueDestory(QUeue* pq){
    assert(pq);
    while (pq->head != NULL){
        QNode* temp = pq->head; //让temp指向第一个节点
        pq->head = pq->head->next; //防止队头指针释放，让头指针指向下一个指针
        free(temp); 
    }
    pq->head = pq->tail = NULL; //队头队尾指针置空
}

1.3.返回值的不正确处理

int text(int* a){
  	a = 20;
}
//main函数
int as = 10;
test(&as); //int* ab = test(&as); 返回值的不正确处理

导致的后果:

• 系统性能下降
• 可用内存被耗尽
• 程序崩溃，特别是在长时间运行的程序中（如服务器）

2.内存溢出（Memory Overflow）

2.1数组越界和指针错误

int arr[2]; //0 1
for (int i = 0; i < 3; i++){	//0 1 2 
  arr[i] = i;
}

2.2栈溢出

void stackOverflow() {
    int array[10000]; // 分配一个大数组，消耗栈内存
    stackOverflow();   // 递归调用
}
int main() {
    stackOverflow(); // 触发栈溢出
    return 0;
}

2.3堆溢出

int main() {
    while (1) {
        // 不断分配大量内存，导致堆溢出
        int *ptr = (int *)malloc(100000000 * sizeof(int)); 
        if (ptr == NULL) {
            exit(-1);
            break;
        }
    }
    return 0;
}

2.4缓冲区溢出 -数组越界

void bufferOverflow() {
    char buffer[10];
    for (int i = 0; i <= 10; i++) { // 越界写入 buffer[10]
        buffer[i] = 'a'; // 访问超出边界的内存
    }
}
int main() {
    bufferOverflow(); // 触发缓冲区溢出
    return 0;
}

导致的后果:

• 数据损坏
• 安全漏洞
• 系统不稳定
• 程序崩溃

tip: 销毁指针时候将指针置空是一种防御性编程，首先防止误用已经被释放的内存，其次提高了代码的健壮性。

3. 区别

特性	内存溢出（Memory Overflow）	内存泄漏（Memory Leak）
定义	访问超出分配的内存范围	动态分配的内存没有被释放
常见原因	数组越界、指针错误、未检查边界条件	使用 malloc 等动态分配后，未使用 free 释放
表现形式	程序崩溃、数据损坏、未定义行为、系统异常	内存被逐渐耗尽，程序运行缓慢，内存耗尽导致崩溃
常见影响	程序可能立即崩溃或出现错误行为	随着时间推移，内存会逐渐消耗，导致系统资源不足
解决方法	避免数组越界、使用有效的边界检查	在使用完动态内存后，确保调用 free 释放内存

4.防止内存溢出和内存泄漏的建议

防止内存溢出：

• 边界检查
• 使用调试工具
• 初始化指针

防止内存泄漏：

• 动态内存管理
• 跟踪内存分配
• 工具检测