为啥使用“新”会导致内存泄漏？

Posted 2023-02-25

【中文标题】为啥使用“新”会导致内存泄漏？

【英文标题】：Why does the use of 'new' cause memory leaks?为什么使用“新”会导致内存泄漏？

【发布时间】：2012-02-09 00:41:57

【问题描述】：

我先学了 C#，现在我开始学习 C++。据我了解，C++ 中的运算符 new 与 C# 中的运算符不相似。

你能解释一下这个示例代码中内存泄漏的原因吗？

class A  ... ;
struct B  ... ;

A *object1 = new A();
B object2 = *(new B());

【问题讨论】：

几乎重复：Is garbage collection automatic in standard C++?

【参考方案1】：

在创建 object2 时，您正在创建您使用 new 创建的对象的副本，但您也丢失了（从未分配过的）指针（因此以后无法删除它）。为避免这种情况，您必须将 object2 作为参考。

【讨论】：

获取引用地址来删除对象是非常糟糕的做法。使用智能指针。

非常糟糕的做法，嗯？您认为智能指针在幕后使用什么？

@Blindy 智能指针（至少实现得体）直接使用指针。

好吧，老实说，整个想法并没有那么好，不是吗？实际上，我什至不确定在 OP 中尝试的模式在哪里真正有用。

【参考方案2】：

正是这一行立即泄漏：

B object2 = *(new B());

在这里，您在堆上创建一个新的B 对象，然后在堆栈上创建一个副本。已在堆上分配的那个不能再被访问，因此泄漏。

这条线不会立即泄漏：

A *object1 = new A();

如果你从不deleted object1，就会有泄漏。

【讨论】：

在解释动态/自动存储时请不要使用堆/栈。

@Pubby 为什么不用呢？因为动态/自动存储总是堆而不是堆栈？这就是为什么不需要详细说明堆栈/堆的原因，对吗？

@user1131997 堆/堆栈是实现细节。它们很重要，但与这个问题无关。

嗯，我想要一个单独的答案，即和我的一样，但用你认为最好的替换堆/堆栈。我很想知道您希望如何解释它。

【参考方案3】：

好吧，如果您在某个时候没有通过将指向该内存的指针传递给delete 运算符来释放使用new 运算符分配的内存，则会造成内存泄漏。

在上述两种情况下：

A *object1 = new A();

这里你没有使用delete来释放内存，所以如果你的object1指针超出范围，你就会有内存泄漏，因为你会丢失指针，所以可以不要在上面使用delete 运算符。

这里

B object2 = *(new B());

您正在丢弃new B() 返回的指针，因此永远不能将该指针传递给delete 以释放内存。因此另一个内存泄漏。

【参考方案4】：

一步一步的解释：

// creates a new object on the heap:
new B()
// dereferences the object
*(new B())
// calls the copy constructor of B on the object
B object2 = *(new B());

所以到此结束时，堆上有一个没有指向它的对象的对象，因此无法删除。

另一个样本：

A *object1 = new A();

只有当你忘记delete分配的内存时才会出现内存泄漏：

delete object1;

在 C++ 中，有自动存储的对象，在堆栈​​上创建的对象会自动释放，而在堆上具有动态存储的对象，您使用 new 分配并需要使用 @987654326 释放自己@。 （这都是粗略的）

认为您应该为使用new 分配的每个对象都有一个delete。

编辑

想想看，object2 不一定是内存泄漏。

下面的代码只是为了说明一点，这是个坏主意，永远不要喜欢这样的代码：

class B

public:
    B() ;   //default constructor
    B(const B& other) //copy constructor, this will be called
                      //on the line B object2 = *(new B())
    
        delete &other;
    

在这种情况下，由于other 是通过引用传递的，因此它将是new B() 指向的确切对象。因此，通过&other 获取其地址并删除指针将释放内存。

但我不能强调这一点，不要这样做。这只是为了说明一点。

【讨论】：

我也有同样的想法：我们可以破解它以防止泄漏，但您不想这样做。 object1 也不必泄漏，因为它的构造函数可以将自己附加到某种数据结构上，该结构会在某个时候将其删除。

写出那些“可以这样做但不可以”的答案总是很诱人！ :-) 我知道那种感觉

【参考方案5】：

在 C# 和 Java 中，您可以使用 new 创建任何类的实例，然后您无需担心以后会销毁它。

C++ 也有一个创建对象的关键字“new”，但与 Java 或 C# 不同，它不是创建对象的唯一方法。

C++有两种创建对象的机制：

自动 动态

通过自动创建，您可以在作用域环境中创建对象： - 在函数中或 - 作为类（或结构）的成员。

在一个函数中你可以这样创建它：

int func()

   A a;
   B b( 1, 2 );

在一个类中你通常会这样创建它：

class A

  B b;
public:
  A();
;    

A::A() :
 b( 1, 2 )

在第一种情况下，对象在退出范围块时自动销毁。这可以是函数或函数中的作用域块。

在后一种情况下，对象 b 与它所属的 A 的实例一起被销毁。

当你需要控制对象的生命周期然后它需要删除来销毁它时，对象会被分配新的。使用称为 RAII 的技术，您可以在创建对象时将其放入自动对象中，然后等待该自动对象的析构函数生效。

一个这样的对象是 shared_ptr ，它将调用“删除”逻辑，但仅当共享该对象的 shared_ptr 的所有实例都被销毁时。

一般来说，虽然您的代码可能对 new 进行多次调用，但您应该对 delete 进行有限调用，并且应始终确保这些调用是从放入智能指针的析构函数或“删除”对象中调用的。

你的析构函数也不应该抛出异常。

如果你这样做，你将很少有内存泄漏。

【讨论】：

不止automatic 和dynamic。还有static。

【参考方案6】：

发生了什么

当您编写T t; 时，您正在创建一个具有自动存储持续时间的T 类型的对象。超出范围时会自动清理。

当您编写new T() 时，您正在创建一个具有动态存储持续时间的T 类型的对象。它不会自动清理。

您需要将指向它的指针传递给delete 以便清理它：

但是，您的第二个示例更糟糕：您正在取消引用指针，并制作对象的副本。这样一来，您将丢失指向使用 new 创建的对象的指针，因此即使您愿意，也永远无法删除它！

你应该做什么

您应该更喜欢自动存储期限。需要一个新对象，只需写：

A a; // a new object of type A
B b; // a new object of type B

如果您确实需要动态存储持续时间，请将指向分配对象的指针存储在自动存储持续时间对象中，该对象会自动删除它。

template <typename T>
class automatic_pointer 
public:
    automatic_pointer(T* pointer) : pointer(pointer) 

    // destructor: gets called upon cleanup
    // in this case, we want to use delete
    ~automatic_pointer()  delete pointer; 

    // emulate pointers!
    // with this we can write *p
    T& operator*() const  return *pointer; 
    // and with this we can write p->f()
    T* operator->() const  return pointer; 

private:
    T* pointer;

    // for this example, I'll just forbid copies
    // a smarter class could deal with this some other way
    automatic_pointer(automatic_pointer const&);
    automatic_pointer& operator=(automatic_pointer const&);
;

automatic_pointer<A> a(new A()); // acts like a pointer, but deletes automatically
automatic_pointer<B> b(new B()); // acts like a pointer, but deletes automatically

这是一个常见的习惯用法，名称不是很具描述性的 RAII（资源获取即初始化）。当您获得需要清理的资源时，将其粘贴在自动存储期限的对象中，因此您无需担心清理它。这适用于任何资源，无论是内存、打开的文件、网络连接还是您喜欢的任何资源。

automatic_pointer 这个东西已经以各种形式存在，我只是提供了它来举例。标准库中有一个非常相似的类，称为std::unique_ptr。

还有一个名为 auto_ptr 的旧版本（C++11 之前的版本），但现在已被弃用，因为它具有奇怪的复制行为。

还有一些更聪明的例子，比如std::shared_ptr，它允许多个指针指向同一个对象，并且只有在最后一个指针被销毁时才清理它。

【讨论】：

@user1131997：很高兴你提出了另一个问题。如您所见，在 cmets 中解释起来并不容易 :)

@R.MartinhoFernandes：很好的答案。就一个问题。为什么你在 operator* () 函数中使用了引用返回？

@Destructor 延迟回复：D。通过引用返回可让您修改指针，因此您可以像使用普通指针一样执行例如*p += 2。如果它没有通过引用返回，它就不会模仿正常指针的行为，这就是这里的意图。

非常感谢您建议“将指向已分配对象的指针存储在自动存储持续时间对象中，该对象会自动删除它。”如果有办法要求编码人员在能够编译任何 C++ 之前学习这种模式！

【参考方案7】：

给定两个“对象”：

obj a;
obj b;

它们不会在内存中占据相同的位置。换句话说，&a != &b

将一个的值分配给另一个不会改变它们的位置，但会改变它们的内容：

obj a;
obj b = a;
//a == b, but &a != &b

直观地说，指针“对象”的工作方式相同：

obj *a;
obj *b = a;
//a == b, but &a != &b

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现在，让我们看看你的例子：

A *object1 = new A();

这是将new A() 的值分配给object1。该值是一个指针，意思是object1 == new A()，但是&object1 != &(new A())。 （注意这个例子不是有效代码，仅供说明）

由于指针的值被保留，我们可以释放它指向的内存：delete object1; 根据我们的规则，这与delete (new A()); 的行为相同，没有泄漏。

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对于第二个示例，您正在复制指向的对象。该值是该对象的内容，而不是实际的指针。与其他所有情况一样，&object2 != &*(new A())。

B object2 = *(new B());

我们丢失了指向分配内存的指针，因此我们无法释放它。 delete &object2; 可能看起来会起作用，但因为&object2 != &*(new A())，它不等同于delete (new A())，所以无效。

【参考方案8】：

B object2 = *(new B());

这条线是泄漏的原因。让我们把这个分开一点..

object2 是 B 类型的变量，存储在地址 1 中（是的，我在这里选择任意数字）。在右边，你请求了一个新的 B，或者一个指向 B 类型对象的指针。程序很乐意将这个给你，并将你的新 B 分配给地址 2，并在地址 3 中创建一个指针。现在，访问地址 2 中数据的唯一方法是通过地址 3 中的指针。接下来，您使用 * 取消引用指针以获取指针指向的数据（地址 2 中的数据）。这有效地创建了该数据的副本并将其分配给对象 2，分配在地址 1 中。请记住，它是副本，而不是原始数据。

现在，问题来了：

您实际上从未将该指针存储在任何可以使用它的地方！分配完成后，指针（地址 3 中的内存，用于访问地址 2）超出范围，超出您的范围！您不能再对其调用 delete，因此无法清理 address2 中的内存。剩下的是地址 1 中地址 2 的数据副本。两个相同的东西留在记忆中。一个您可以访问，另一个您不能访问（因为您失去了通往它的路径）。这就是内存泄漏的原因。

我建议您具有 C# 背景，阅读大量有关 C++ 中指针如何工作的内容。它们是一个高级主题，可能需要一些时间才能掌握，但它们的使用对您来说非常宝贵。

【参考方案9】：

如果它更容易，可以将计算机内存想象成一家酒店，而程序是在需要时租用房间的客户。

这家酒店的运作方式是您预订房间并在离开时告诉行李员。

如果您编程预订房间并在没有告诉搬运工的情况下离开，搬运工会认为该房间仍在使用中，并且不会让其他任何人使用它。在这种情况下，房间漏水。

如果您的程序分配了内存并且没有删除它（它只是停止使用它），那么计算机会认为该内存仍在使用中并且不允许其他任何人使用它。这是内存泄漏。

这不是一个精确的类比，但它可能会有所帮助。

【讨论】：

我很喜欢这个类比，它并不完美，但它绝对是向不熟悉它的人解释内存泄漏的好方法！

我在伦敦彭博社的一位高级工程师的采访中用这个来向一位 HR 女孩解释内存泄漏。我通过了那次面试，因为我能够以她理解的方式向非程序员解释内存泄漏（和线程问题）。