面试题：C语言指针使用注意点之专家题

Question

在一个复杂的C项目中，涉及到多层指针嵌套以及动态内存分配。如果出现内存泄漏且怀疑是指针操作不当引起的，描述一下你定位问题的思路和具体方法，并且举例说明可能导致这种内存泄漏的指针相关代码片段。

Answer 1

定位问题的思路和方法

1. 代码审查
   • 仔细检查所有涉及动态内存分配（如malloc、calloc、realloc）和释放（free）的代码。特别留意多层指针嵌套的地方，确保每次分配都有对应的释放。
   • 查看函数调用过程中指针的传递，确认指针所有权是否清晰，避免在某个函数中分配内存，却在其他地方忘记释放。
2. 使用工具
   • Valgrind：在Linux环境下，Valgrind工具中的Memcheck工具可以检测内存泄漏。它能详细指出内存泄漏发生的位置，包括泄漏内存块的大小、分配内存的函数调用栈等信息。例如，编译代码时使用gcc -g选项添加调试信息，然后运行valgrind --leak-check=full./your_program来检测内存泄漏。
   • Purify：在Windows或其他平台上，Purify是一款强大的内存检测工具，同样能检测出内存泄漏问题，并提供详细的错误信息。
3. 添加日志
   • 在动态内存分配和释放的地方添加日志记录，记录分配的内存地址、大小以及释放情况。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void* my_malloc(size_t size) {
    void* ptr = malloc(size);
    if (ptr) {
        printf("Allocated memory at %p, size %zu\n", ptr, size);
    }
    return ptr;
}

void my_free(void* ptr) {
    if (ptr) {
        printf("Freeing memory at %p\n", ptr);
        free(ptr);
    }
}

- 通过分析日志，可以了解内存分配和释放的流程，找出可能遗漏释放的地方。

可能导致内存泄漏的指针相关代码片段示例

1. 忘记释放内存

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void leaky_function() {
    int **ptr = (int **)malloc(10 * sizeof(int *));
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        ptr[i] = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    }
    // 这里没有释放ptr[i]和ptr，导致内存泄漏
}

2. 指针覆盖

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void another_leaky_function() {
    int *ptr1 = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    int *ptr2 = (int *)malloc(20 * sizeof(int));
    ptr1 = ptr2; // ptr1原来指向的内存没有释放，导致内存泄漏
    free(ptr2);
}

3. 函数返回时未正确处理指针

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int* return_leak() {
    int *ptr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    return ptr;
}

void use_return_leak() {
    int *local_ptr = return_leak();
    // 这里没有释放local_ptr，导致内存泄漏
}