面试题：C语言动态内存分配中的内存泄漏场景及解决方法

Question

在C语言中，简述至少两种可能导致动态内存分配后发生内存泄漏的场景，并说明如何避免这些内存泄漏问题。例如在使用malloc分配内存后，在哪些情况下可能会忘记释放内存，以及怎样的代码结构能确保内存正确释放。

Answer 1

场景一：函数返回前未释放内存

• 场景描述：在一个函数内部使用malloc分配了内存，但是函数在返回前没有调用free释放该内存。如果多次调用这个函数，就会不断产生内存泄漏。
• 示例代码：

char* createString() {
    char* str = (char*)malloc(100 * sizeof(char));
    // 对str进行操作
    return str;
    // 这里没有释放str指向的内存，会导致内存泄漏
}

• 避免方法：在函数返回前添加free操作。

char* createString() {
    char* str = (char*)malloc(100 * sizeof(char));
    // 对str进行操作
    char* result = str;
    free(str);
    return result;
}

场景二：异常情况下未释放内存

• 场景描述：在分配内存后，代码执行过程中发生异常（例如条件判断失败、函数调用出错等），导致程序流程跳过了释放内存的代码。
• 示例代码：

void processData() {
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        return;
    }
    // 假设这里有一个可能失败的操作
    if (someFunctionThatMayFail()) {
        // 直接返回，没有释放arr指向的内存
        return;
    }
    // 正常处理数据
    free(arr);
}

• 避免方法：在异常发生处添加释放内存的代码，或者使用goto语句统一管理内存释放。

void processData() {
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        return;
    }
    // 假设这里有一个可能失败的操作
    if (someFunctionThatMayFail()) {
        free(arr);
        return;
    }
    // 正常处理数据
    free(arr);
}

使用goto的方式：

void processData() {
    int* arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
    if (arr == NULL) {
        return;
    }
    // 假设这里有一个可能失败的操作
    if (someFunctionThatMayFail()) {
        goto cleanup;
    }
    // 正常处理数据
cleanup:
    free(arr);
}

场景三：指针丢失

• 场景描述：当重新分配内存或改变指针指向时，忘记释放原来指针指向的内存。
• 示例代码：

void modifyString() {
    char* str = (char*)malloc(10 * sizeof(char));
    strcpy(str, "hello");
    char* newStr = (char*)malloc(20 * sizeof(char));
    strcpy(newStr, str);
    str = newStr;
    // 此时原来str指向的内存没有释放，发生内存泄漏
    free(str);
}

• 避免方法：在改变指针指向之前，先释放原来指针指向的内存。

void modifyString() {
    char* str = (char*)malloc(10 * sizeof(char));
    strcpy(str, "hello");
    char* newStr = (char*)malloc(20 * sizeof(char));
    strcpy(newStr, str);
    free(str);
    str = newStr;
    free(str);
}