嵌入式|如何有效預防內存泄漏？

1.前言

最近部門不同產品接連出現內存泄漏導致的網上問題，具體表現為單板在現網運行數月以后，因為內存耗盡而導致單板復位現象。

一方面，內存泄漏問題屬于低級錯誤，此類問題遺漏到現網，影響很壞；另一方面，由于內存泄漏問題很可能導致單板運行固定時間以后就復位，只能通過批量升級才能解決，實際影響也很惡劣。

同時，接連出現此類問題，尤其是其中一例問題還是我們老員工修改引入，說明我們不少員工對內存泄漏問題認識還是不夠深刻的。

本文通過介紹內存泄漏問題原理及檢視方法，希望后續能夠從編碼檢視環節就杜絕此類問題發生。

說明：預防內存泄漏問題有多種方法，如加強代碼檢視、工具檢測和內存測試等，本文聚集于開發人員能力提升方面。

2.內存泄漏問題原理

2.1堆內存在C代碼中的存儲方式

內存泄漏問題只有在使用堆內存的時候才會出現，棧內存不存在內存泄漏問題，因為棧內存會自動分配和釋放。C代碼中堆內存的申請函數是malloc，常見的內存申請代碼如下：

char?*info?=?NULL;????/**轉換后的字符串**/
info?=?(char*)malloc(NB_MEM_SPD_INFO_MAX_SIZE);
if(?NULL?==?info)
{
????(void)tdm_error("malloc?error!\n");
????return?NB_SA_ERR_HPI_OUT_OF_MEMORY;
}

由于malloc函數返回的實際上是一個內存地址，所以保存堆內存的變量一定是一個指針（除非代碼編寫極其不規范）。再重復一遍，保存堆內存的變量一定是一個指針，這對本文主旨的理解很重要。當然，這個指針可以是單指針，也可以是多重指針。

malloc函數有很多變種或封裝，如g_malloc、g_malloc0、VOS_Malloc等，這些函數最終都會調用malloc函數。

2.2堆內存的獲取方法

看到本小節標題，可能有些同學有疑惑，上一小節中的malloc函數，不就是堆內存的獲取方法嗎？的確是，通過malloc函數申請是最直接的獲取方法，如果只知道這種堆內存獲取方法，就容易掉到坑里了。一般的來講，堆內存有如下兩種獲取方法：

方法一：將函數返回值直接賦給指針，一般表現形式如下：

char?*local_pointer_xx?=?NULL;
local_pointer_xx?=?(char*)function_xx(para_xx,?…);

該類涉及到內存申請的函數，返回值一般都指針類型，例如：

GSList*?g_slist_append?(GSList???*list,?gpointer??data);

方法二：將指針地址作為函數返回參數，通過返回參數保存堆內存地址，一般表現形式如下：

int?ret;
char?*local_pointer_xx?=?NULL;????/**轉換后的字符串**/
ret?=?(char*)function_xx(...,?&local_pointer_xx,?...);

該類涉及到內存申請的函數，一般都有一個入參是雙重指針，例如：

__STDIO_INLINE?_IO_ssize_t;
getline?(char?**__lineptr,?size_t?*__n,?FILE?*__stream);

前面說通過malloc申請內存，就屬于方法一的一個具體表現形式。其實這兩類方法的本質是一樣的，都是函數內部間接申請了內存，只是傳遞內存的方法不一樣，方法一通過返回值傳遞內存指針，方法二通過參數傳遞內存指針。

2.3內存泄漏三要素

最常見的內存泄漏問題，包含以下三個要素：

要素一：函數內有局部指針變量定義；

要素二：對該局部指針有通過上一小節中“兩種堆內存獲取方法”之一獲取內存；

要素三：在函數返回前（含正常分支和異常分支）未釋放該內存，也未保存到其它全局變量或返回給上一級函數。

2.4內存釋放誤區

稍微使用過C語言編寫代碼的人，都應該知道堆內存申請之后是需要釋放的。但為何還這么容易出現內存泄漏問題呢？一方面，是開發人員經驗不足、意識不到位或一時疏忽導致；另一方面，是內存釋放誤區導致。很多開發人員，認為要釋放的內存應該局限于以下兩種：

1） 直接使用內存申請函數申請出來的內存，如malloc、g_malloc等；

2）該開發人員熟悉的接口中，存在內存申請的情況，如iBMC的兄弟，都應該知道調用如下接口需要釋放list指向的內存：

dfl_get_object_list(const?char*?class_name,?GSList?**list);

按照以上思維編寫代碼，一旦遇到不熟悉的接口中需要釋放內存的問題，就完全沒有釋放內存的意識，內存泄漏問題就自然產生了。

3.內存泄漏問題檢視方法

檢視內存泄漏問題，關鍵還是要養成良好的編碼檢視習慣。與內存泄漏三要素對應，需

要做到如下三點：

1） 在函數中看到有局部指針，就要警惕內存泄漏問題，養成進一步排查的習慣

2） 分析對局部指針的賦值操作，是否屬于前面所說的“兩種堆內存獲取方法”之一，如果是，就要分析函數返回的指針到底指向啥？是全局數據、靜態數據還是堆內存？對于不熟悉的接口，要找到對應的接口文檔或源代碼分析；又或者看看代碼中其它地方對該接口的引用，是否進行了內存釋放；

3） 如果確認對局部指針存在內存申請操作，就需要分析該內存的去向，是會被保存在全局變量嗎？又或者會被作為函數返回值嗎？如果都不是，就需要排查函數所有有”return“的地方，保證內存被正確釋放。

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