常见的内存错误

摘之：《高质量C++／C编程指南》

       发生内存错误是件非常麻烦的事情。编译器不能自动发现这些错误，通常是在程序运行时才能捕捉到。而这些错误大多没有明显的症状，时隐时现，增加了改错的难度。有时用户怒气冲冲地把你找来，程序却没有发生任何问题，你一走，错误又发作了。

常见的内存错误：

u       内存分配未成功，却使用了它。

编程新手常犯这种错误，因为他们没有意识到内存分配会不成功。常用解决办法是，在使用内存之前检查指针是否为NULL。如果指针p是函数的参数，那么在函数的入口处用assert(p!=NULL)进行检查。如果是用malloc或new来申请内存，应该用if(p==NULL) 或if(p!=NULL)进行防错处理。

u       内存分配虽然成功，但是尚未初始化就引用它。

犯这种错误主要有两个起因：一是没有初始化的观念；二是误以为内存的缺省初值全为零，导致引用初值错误（例如数组）。

内存的缺省初值究竟是什么并没有统一的标准，尽管有些时候为零值，我们宁可信其无不可信其有。所以无论用何种方式创建数组，都别忘了赋初值，即便是赋零值也不可省略，不要嫌麻烦。

u       内存分配成功并且已经初始化，但操作越过了内存的边界。

例如在使用数组时经常发生下标“多1”或者“少1”的操作。特别是在for循环语句中，循环次数很容易搞错，导致数组操作越界。

u       忘记了释放内存，造成内存泄露。

含有这种错误的函数每被调用一次就丢失一块内存。刚开始时系统的内存充足，你看不到错误。终有一次程序突然死掉，系统出现提示：内存耗尽。

动态内存的申请与释放必须配对，程序中malloc与free的使用次数一定要相同，否则肯定有错误（new/delete同理）。

u       释放了内存却继续使用它。

有三种情况：

（1）程序中的对象调用关系过于复杂，实在难以搞清楚某个对象究竟是否已经释放了内存，此时应该重新设计数据结构，从根本上解决对象管理的混乱局面。

（2）函数的return语句写错了，注意不要返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁。

（3）使用free或delete释放了内存后，没有将指针设置为NULL。导致产生“野指针”。

其对策如下：

l         用malloc或new申请内存之后，应该立即检查指针值是否为NULL。防止使用指针值为NULL的内存。

l         不要忘记为数组和动态内存赋初值。防止将未被初始化的内存作为右值使用。

l         避免数组或指针的下标越界，特别要当心发生“多1”或者“少1”操作。

l         动态内存的申请与释放必须配对，防止内存泄漏。

l         用free或delete释放了内存之后，立即将指针设置为NULL，防止产生“野指针”。

 

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*** glibc detected *** free(): invalid pointer:
*** glibc detected *** malloc(): memory corruption:
*** glibc detected *** double free or corruption (out): 0x00000000005c18a0 ***
*** glibc detected *** corrupted double-linked list: 0x00000000005ab150 ***

你是否遇到过这样的情况，太沮丧了，程序总是无端coredump，gdb到core文件里面也看不出个所以然来，这对于一个大型的商业系统来说太令人恐怖了，事故随时可能发生。

遇到棘手的问题，慌张是没用的，解决不了任何问题。先坐下来，喝杯茶，舒缓一下神经。

内存问题始终是c++程序员需要去面对的问题，这也是c++语言的门槛较高的原因之一。通常我们会犯的内存问题大概有以下几种：

1.内存重复释放，出现double free时，通常是由于这种情况所致。
2.内存泄露，分配的内存忘了释放。
3.内存越界使用，使用了不该使用的内存。
4.使用了无效指针。
5.空指针，对一个空指针进行操作。


对于第一种和第二种，第五种情况，就不用多说，会产生什么后果大家应该都很清楚。

第四种情况，通常是指操作已释放的对象，如：
1.已释放对象，却再次操作该指针所指对象。
2.多线程中某一动态分配的对象同时被两个线程使用，一个线程释放了该对象，而另一线程继续对该对象进行操作。

我们重点探讨第三种情况，相对于另几种情况，这可以称得上是疑难杂症了（第四种情况也可以理解成内存越界使用）。

内存越界使用，这样的错误引起的问题存在极大的不确定性，有时大，有时小，有时可能不会对程序的运行产生影响，正是这种不易重现的错误，才是最致命的，一旦出错破坏性极大。

什么原因会造成内存越界使用呢？有以下几种情况，可供参考：
例1：
        char buf[32] = {0};
        for(int i=0; i 32
        {
            buf[i] = 'x';
        }
        ....
       
例2:
        char buf[32] = {0};
        string str = "this is a test sting !!!!";
        sprintf(buf, "this is a test buf!string:%s", str.c_str()); //out of buffer space
        ....
       
例3:
        string str = "this is a test string!!!!";
        char buf[16] = {0};
        strcpy(buf, str.c_str()); //out of buffer space
       
类似的还存在隐患的函数还有：
        strcat,vsprintf等

同样，memcpy, memset, memmove等一些内存操作函数在使用时也一定要注意。
       
当这样的代码一旦运行，错误就在所难免，会带来的后果也是不确定的，通常可能会造成如下后果：

1.破坏了堆中的内存分配信息数据，特别是动态分配的内存块的内存信息数据，因为操作系统在分配和释放内存块时需要访问该数据，一旦该数据被破坏，以下的几种情况都可能会出现。
        *** glibc detected *** free(): invalid pointer:
        *** glibc detected *** malloc(): memory corruption:
        *** glibc detected *** double free or corruption (out): 0x00000000005c18a0 ***
        *** glibc detected *** corrupted double-linked list: 0x00000000005ab150 ***       

2.破坏了程序自己的其他对象的内存空间，这种破坏会影响程序执行的不正确性，当然也会诱发coredump，如破坏了指针数据。

3.破坏了空闲内存块，很幸运，这样不会产生什么问题，但谁知道什么时候不幸会降临呢？

通常，代码错误被激发也是偶然的，也就是说之前你的程序一直正常，可能由于你为类增加了两个成员变量，或者改变了某一部分代码，coredump就频繁发生，而你增加的代码绝不会有任何问题，这时你就应该考虑是否是某些内存被破坏了。

排查的原则，首先是保证能重现错误，根据错误估计可能的环节，逐步裁减代码，缩小排查空间。
检查所有的内存操作函数，检查内存越界的可能。常用的内存操作函数：
sprintf snprintf
vsprintf vsnprintf
strcpy strncpy strcat
memcpy memmove memset bcopy

如果有用到自己编写的动态库的情况，要确保动态库的编译与程序编译的环境一致。

保持好的编码习惯是杜绝错误的最好方式！