在不造成内存泄漏的情况下替换函数中的char*

Question

我正在尝试制作一个查找和替换的功能，它可以正常工作，但是valgrind报告了巨大的内存泄漏。

看一下代码：

void repl(char** str) {

    // build a new string (simulating find&replace)

    char* replacement = (char*)malloc(7);
    strcpy(replacement, "my ass");

    // this causes "free(): invalid pointer" crash
    //free(*str);

    *str = replacement; // return to caller
}

/* main function */
int main (int argc, char **argv) {

    // out original string
    char* str = "memory leak here";
    repl(&str); // replace something 1st time
    repl(&str); // 2nd time
    repl(&str); // 3rd time

    printf("%s\n",str); // look at output

    exit(0);
}

当“免费”到位时，您将获得以下内容：

*** glibc detected *** ./test: free(): invalid pointer: 0x0000000000401013 ***
======= Backtrace: =========
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(+0x7eb96)[0x7f264e7ecb96]
....  

如果没有free，会出现内存泄漏（valgrind输出）：

==26236== LEAK SUMMARY:
==26236==    definitely lost: 14 bytes in 2 blocks
==26236==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==26236==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==26236==    still reachable: 7 bytes in 1 blocks
==26236==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks

我对指针还不是很熟悉，请耐心等待。 也许这不是最好的方法，所以请建议更好的查找和替换方法，以避免内存泄漏。

我尝试只返回结果，但是同样出现了内存泄漏。

- MightyPork

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+1 很好的问题，这表明你正在尝试自己解决它。 - ciphermagi

您是否希望有一个智能化的函数，它能够不删除未分配的字符串（例如您的第一种情况 const 字符串）并且能够正确释放以前调用时动态分配的字符串？我这样问是因为如果这是您的意图，那么问题不在于需要一个函数。问题在于首先期望函数为您完成这项任务。（很好，您在此使用了 valgrind；对于大多数初学 C 语言和指针的人来说，您已经领先于他们了）。 - WhozCraig

看看这个：http://forum.codecall.net/topic/51010-dynamic-arrays-using-malloc-and-realloc/ - ciphermagi

Answer 1

glibc是什么？

glibc诊断与以下事实有关：str并非始终指向由malloc分配的内存段之一，这是free的要求之一。换句话说，如果您第一次调用repl并且str指向未经过malloc分配的内存段，则会导致free行为异常。

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valgrind是什么？

valgrind诊断存在的原因是由于在没有（当前故障）使用free的情况下，由repl内部的malloc分配的内存永远不会被释放，因此您正在泄漏内存。

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建议的解决方案

我认为最好用语言来解释它，而不是提供一个可运行的实现，因为您似乎渴望通过实践学习。

1. 不要接受指向指针的指针，而是接受指向字符的指针，并返回指向传入字符串的修改版本的新内存段的指针。该新内存段已通过malloc分配，

2. 重命名函数以明确它正在分配需要释放的内存，

3. 记录您的函数，以便调用者知道它负责释放内存，而不是您的替换函数。

- Filip Roséen - refp

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我明白了。那么我该如何检查传入的字符串是否是通过malloc分配的呢？ - MightyPork

@MightyPork：你不能这样做，而且你也不想这样做。 - Ed S.

好的，那么有什么建议来解决我的问题吗？现在我知道了问题出在哪里，但是没有办法修复它。 - MightyPork

好的解决方案。虽然对调用者有些额外的努力，但在正确执行时它是有效的。 - MightyPork

你怎么决定在替换后是否要释放指针？难道你会让调用者负责吗？你能想象需要多么丑陋的代码吗？ - Sergey Kalinichenko

Answer 2

无法删除/释放“memory leak here”字符串，因为它实际上不存在需要释放的内存中，它是程序代码中的常量字符序列，这就是为什么你会因为无效指针而获得运行时错误。当你移除free操作时，丢失的14个字节是因为你分配了3次7个字节，但只有最后一个可以访问。

- Geries

Answer 3

你 malloc 了什么，就要用 free 来释放。如果使用 free 释放未被 malloc 或 realloc 动态分配的内存，将会导致未定义的行为。这就是为什么你第一次调用 free 时出现错误的原因；str 指向的内容没有被动态分配。

这似乎也是一个设计不良的地方。该函数以缓冲区作为输入。除了可以写入之外，它不应该对这个缓冲区做任何假设。它不应该在其输入上调用 free；确保内存清理是调用者的工作。

同样地，你甚至不需要使用 malloc。你可以直接写入缓冲区并强制用户分配它（这更加规范）。在需要返回动态分配内存的情况下，你应该记录返回的内存必须由调用者释放。你的模型必须在所有权方面保持一致。

- Ed S.

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问题在于我事先不知道缓冲区需要多长。然而，基于您的第一个建议（将free留给调用者），我认为已经解决了这个问题。尽管还需要进一步测试。 （再次说一遍，调用者假定返回的字符串是malloc分配的，设计很差，对吧？） - MightyPork

@MightyPork：如果返回的字符串可以是任何大小，那么可能只有返回动态分配的字符串才能实现。这没关系，有一些C库函数也可以做同样的事情。只要有文件记录说明调用者拥有该内存，就可以了。 - Ed S.

Answer 4

这是与你传递给repl函数的字符串所有权有关的问题：一旦你这样做，

*str = replacement;

*str所指向的内存已经永久消失，成为了内存泄漏。因此，在重新分配之前需要释放它。

但这还不是全部！这意味着您不能将字符串常量或在静态或自动存储中分配的char数组传递给repl，因为它们不能被释放。因此，在将其传递给repl之前，您需要复制原始字符串：

void repl(char** str) {
    char* replacement = malloc(7);
    strcpy(replacement, "my ass");
    // This will no longer be a problem - see the change in main()
    free(*str);
    *str = replacement; // return to caller
}

/* main function */
int main (int argc, char **argv) {
    // Now that the original string is malloced,
    // free() inside repl() is no longer a problem:
    char* str = malloc(17);
    strcpy(str, "memory leak here");
    repl(&str); // replace something 1st time
    repl(&str); // 2nd time
    repl(&str); // 3rd time
    printf("%s\n",str); // look at output
    exit(0);
}

请注意，在实际的repl中，使用realloc可能会更好 - 它有可能加速小替换的速度。

- Sergey Kalinichenko

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好的，但是如果没有验证的方式，_要求_输入字符串被分配内存空间，这不是一个好主意吗？ - MightyPork

-1：@MightyPork 是的，这是一个不好的想法，通常不建议这样做。 - Filip Roséen - refp

@MightyPork 不幸的是，你没有其他方法可以做到这一点：绝对、肯定地，没有办法找出一个指针是来自堆、栈还是静态存储，除非采用某种黑客手段。调用者也不可能对释放该内存负责，因为他不知道是否需要使用 free()。 - Sergey Kalinichenko

@FilipRoséen-refp 不仅这不是一个坏主意，而且这也是唯一的出路。注意：对竞争答案进行投票反对是非常不好的行为。 - Sergey Kalinichenko

@dasblinkenlight，我不是因为它是一个竞争性的答案而对其进行投票，而是因为我发现这个答案具有误导性/不正确。这不是唯一的方法，但我现在看到OP的问题不涉及传递给函数的指针的先决条件和函数的使用方式...因此我将取消之前的取消投票。 - Filip Roséen - refp

@FilipRoséen-refp，你认为这个答案哪里“误导/不正确”了？ - Sergey Kalinichenko

Answer 5

在调用者中添加Free

/* main function */

int main (int argc, char **argv) {

    // out original string
    char* str = "memory leak here";
    repl(&str); // replace something 1st time
    free(str);
    repl(&str); // 2nd time
    free(str);
    repl(&str); // 3rd time

    printf("%s\n",str); // look at output
    free(str);
    exit(0);
}

- M Thotiger