嵌入式 | 如何有效预防内存泄漏？

1.前言

最近我们的部门相继出现了由于内存泄漏导致的问题，具体表现为单板在现网运行数月后，由于内存耗尽而导致单板重启。

这个问题有两个方面的影响：首先，内存泄漏问题是一种低级错误，如果这类问题在现网中被忽略，会对系统造成很大的影响；其次，由于内存泄漏问题往往导致单板在运行一段时间后重启，只能通过批量升级来解决，实际影响非常严重。

而且，出现这类问题的连续发生，尤其是其中有一个问题是由我们的老员工引入的，说明我们很多员工对内存泄漏问题的认识还不够深入。

本文将介绍内存泄漏问题的原理和检测方法，希望通过在代码审查环节的提升，能够防止这类问题的再次发生。

说明：要预防内存泄漏问题，有多种方法，包括加强代码审查、使用工具进行检测和进行内存测试等。本文将重点提升开发人员的能力。

2.内存泄漏问题原理

2.1堆内存在C代码中的存储方式

内存泄漏问题只有在使用堆内存的时候才会出现，栈内存不存在内存泄漏问题，因为栈内存会自动分配和释放。C代码中堆内存的申请函数是malloc，常见的内存申请代码如下：

char *info = NULL;    /**转换后的字符串**/
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函数返回的实际上是一个内存地址，所以保存堆内存的变量一定是一个指针（除非代码编写极其不规范）。再重复一遍，保存堆内存的变量一定是一个指针，这对本文主旨的理解很重要。当然，这个指针可以是单指针，也可以是多重指针。

malloc函数有很多变种或封装，如g_malloc、g_malloc0、VOS_Malloc等，这些函数最终都会调用malloc函数。

2.2堆内存的获取方法

看到本小节标题，可能有些同学有疑惑，上一小节中的malloc函数，不就是堆内存的获取方法吗？的确是，通过malloc函数申请是最直接的获取方法，如果只知道这种堆内存获取方法，就容易掉到坑里了。一般的来讲，堆内存有如下两种获取方法：

方法一：将函数返回值直接赋给指针，一般表现形式如下：

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

该类涉及到内存申请的函数，返回值一般都指针类型，例如：

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

方法二：将指针地址作为函数返回参数，通过返回参数保存堆内存地址，一般表现形式如下：

int ret;
char *local_pointer_xx = NULL;    /**转换后的字符串**/
ret = (char*)function_xx(..., &local_pointer_xx, ...);

该类涉及到内存申请的函数，一般都有一个入参是双重指针，例如：

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

前面说通过malloc申请内存，就属于方法一的一个具体表现形式。其实这两类方法的本质是一样的，都是函数内部间接申请了内存，只是传递内存的方法不一样，方法一通过返回值传递内存指针，方法二通过参数传递内存指针。

2.3内存泄漏三要素

最常见的内存泄漏问题，包含以下三个要素：

要素一：函数内有局部指针变量定义；

要素二：对该局部指针有通过上一小节中“两种堆内存获取方法”之一获取内存；

要素三：在函数返回前（含正常分支和异常分支）未释放该内存，也未保存到其它全局变量或返回给上一级函数。

2.4内存释放误区

稍微使用过C语言编写代码的人，都应该知道堆内存申请之后是需要释放的。但为何还这么容易出现内存泄漏问题呢？一方面，是开发人员经验不足、意识不到位或一时疏忽导致；另一方面，是内存释放误区导致。很多开发人员，认为要释放的内存应该局限于以下两种：

1） 直接使用内存申请函数申请出来的内存，如malloc、g_malloc等；

2）该开发人员熟悉的接口中，存在内存申请的情况，如iBMC的兄弟，都应该知道调用如下接口需要释放list指向的内存：

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

按照以上思维编写代码，一旦遇到不熟悉的接口中需要释放内存的问题，就完全没有释放内存的意识，内存泄漏问题就自然产生了。

3.内存泄漏问题检视方法

检视内存泄漏问题，关键还是要养成良好的编码检视习惯。与内存泄漏三要素对应，需

要做到如下三点：

1） 在函数中看到有局部指针，就要警惕内存泄漏问题，养成进一步排查的习惯

2） 分析对局部指针的赋值操作，是否属于前面所说的“两种堆内存获取方法”之一，如果是，就要分析函数返回的指针到底指向啥？是全局数据、静态数据还是堆内存？对于不熟悉的接口，要找到对应的接口文档或源代码分析；又或者看看代码中其它地方对该接口的引用，是否进行了内存释放；

3） 如果确认对局部指针存在内存申请操作，就需要分析该内存的去向，是会被保存在全局变量吗？又或者会被作为函数返回值吗？如果都不是，就需要排查函数所有有”return“的地方，保证内存被正确释放。

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