内存调试技巧 - C语言最大难点揭秘[转]
作者:淡月清风 日期:2009-06-30
本文将带您了解一些良好的和内存相关的编码实践，以将内存错误保持在控制范围内。内存错误是 C 和 C++ 编程的祸根：它们很普遍，认识其严重性已有二十多年，但始终没有彻底解决，它们可能严重影响应用程序，并且很少有开发团队对其制定明确的管理计划。但好消息是，它们并不怎么神秘。
C 和 C++ 程序中的内存错误非常有害：它们很常见，并且可能导致严重的后果。来自计算机应急响应小组（请参见参考资料）和供应商的许多最严重的安全公告都是由简单的内存错误造成的。自从 70 年代末期以来，C 程序员就一直讨论此类错误，但其影响在 2007 年仍然很大。更糟的是，如果按我的思路考虑，当今的许多 C 和 C++ 程序员可能都会认为内存错误是不可控制而又神秘的顽症，它们只能纠正，无法预防。
但事实并非如此。本文将让您在短时间内理解与良好内存相关的编码的所有本质。
存在内存错误的 C 和 C++ 程序会导致各种问题。如果它们泄漏内存，则运行速度会逐渐变慢，并最终停止运行；如果覆盖内存，则会变得非常脆弱，很容易受到恶意用户的攻击。从 1988 年著名的莫里斯蠕虫攻击到有关 Flash Player 和其他关键的零售级程序的最新安全警报都与缓冲区溢出有关：“大多数计算机安全漏洞都是缓冲区溢出”，Rodney Bates 在 2004 年写道。
在可以使用 C 或 C++ 的地方，也广泛支持使用其他许多通用语言（如 Java™、Ruby、Haskell、C#、Perl、Smalltalk 等），每种语言都有众多的爱好者和各自的优点。但是，从计算角度来看，每种编程语言优于 C 或 C++ 的主要优点都与便于内存管理密切相关。与内存相关的编程是如此重要，而在实践中正确应用又是如此困难，以致于它支配着面向对象编程语言、功能性编程语言、高级编程语言、声明性编程语言和另外一些编程语言的所有其他变量或理论。
与少数其他类型的常见错误一样，内存错误还是一种隐性危害：它们很难再现，症状通常不能在相应的源代码中找到。例如，无论何时何地发生内存泄漏，都可能表现为应用程序完全无法接受，同时内存泄漏不是显而易见。
因此，出于所有这些原因，需要特别关注 C 和 C++ 编程的内存问题。让我们看一看如何解决这些问题，先不谈是哪种语言。
首先，不要失去信心。有很多办法可以对付内存问题。我们先列出所有可能存在的实际问题：
- 内存泄漏
- 错误分配，包括大量增加free()释放的内存和未初始化的引用
- 悬空指针
- 数组边界违规
这是所有类型。即使迁移到 C++ 面向对象的语言，这些类型也不会有明显变化；无论数据是简单类型还是 C 语言的struct或 C++ 的类，C 和 C++ 中内存管理和引用的模型在原理上都是相同的。以下内容绝大部分是“纯 C”语言，对于扩展到 C++ 主要留作练习使用。
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void f1(char *explanation)
{
char p1;
p1 = malloc(100);
(void) sprintf(p1,
"The f1 error occurred because of '%s'.",
explanation);
local_log(p1);
}
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您看到问题了吗？除非local_log()对free()释放的内存具有不寻常的响应能力，否则每次对f1的调用都会泄漏 100 字节。在记忆棒增量分发数兆字节内存时，一次泄漏是微不足道的，但是连续操作数小时后，即使如此小的泄漏也会削弱应用程序。
在实际的 C 和 C++ 编程中，这不足以影响您对malloc()或new的使用，本部分开头的句子提到了“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：
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int getkey(char *filename)
{
FILE *fp;
int key;
fp = fopen(filename, "r");
fscanf(fp, "%d", &key);
return key;
}
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fopen的语义需要补充性的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。
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void f2(int datum)
{
int *p2;
/* Uh-oh! No one has initialized p2. */
*p2 = datum;
...
}
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关于此类错误的好消息是，它们一般具有显著结果。在 AIX® 下，对未初始化指针的分配通常会立即导致 segmentation fault 错误。它的好处是任何此类错误都会被快速地检测到；与花费数月时间才能确定且难以再现的错误相比，检测此类错误的代价要小得多。
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/* 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);
}
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这些错误通常也不太严重。尽管 C 标准在这些情形中没有定义具体行为，但典型的实现将忽略错误，或者快速而明确地对它们进行标记；总之，这些都是安全情形。
Andrew Koenig♥Barbara E. Moo
作者:淡月清风 日期:2009-06-29
C++研究领域的“第一神仙眷侣”(Andrew Koenig and Barbara E. Moo)
http://golden-book.com/JoyBook/viewinfo.asp?ty=1&id=51
Koenig和Moo夫妇访谈
http://www.china-pub.com/computers/bookinfo/Koenig&Moo.htm
Barbara E. Moo
http://www.acceleratedcpp.com/authors/moo/
Andrew Koenig
http://www.acceleratedcpp.com/authors/koenig/
