浅谈C++的内存泄露问题

作者[@Cyilin]

2022 年 7 月 28 日

在C++项目中，最让程序员头疼的问题中，内存泄露定是名列前茅，而C++也是在进行着更新换代，利用一些新的机制来解决困扰程序员的问题。

首先来谈谈内存泄露的定义，以及如何检测与避免？

概念很简单，在堆上动态分配内存所开辟的空间，在使用完毕后未手动释放，导致一直占据该内存，即为内存泄漏。

内存泄露的原因

造成内存泄漏的几种原因：

1）类的构造函数和析构函数中==new和delete没有配套==

2）在释放对象数组时没有使用==delete[]==，使用了delete

3）==没有将基类的析构函数定义为虚函数==，当基类指针指向子类对象时，如果基类的析构函数不是virtual，那么子类的析构函数将不会被调用，子类的资源没有正确释放，因此造成内存泄露

class X {
private:
    int x;
};

class Y: public X {
private:
    int y;
};

int main(){
    X* x = new Y;
    delete x;
}

程序员没有为基类 X 和派生类 Y 定义析构函数，当在主函数内 delete 基类指针 x 的时候，需要调用基类的析构函数。于是，编译器会隐式自动的为类 X 生成一个析构函数，从而可以成功的销毁 x 指向的派生类对象中的基类子对象（即 int 型成员变量 x）。

小提示：

在C++中，构造函数的顺序是基类到子类；但是析构的时候，方向是反的，从子类到基类。因此在上面的例子中，没有指明虚函数的前提下，delete x ，所调用的析构的函数是父类的，以至于子类的资源没有被析构掉。

但是，这段代码存在内存泄露的问题，当利用 delete 语句删除指向派生类对象的指针 x 时，系统调用的是基类的析构函数，而非派生类 Y 类的析构函数，因此，编译器无法析构派生类的 int 型成员变量 y。

因此，一般情况下我们需要将基类的析构函数定义为虚函数，当利用 delete 语句删除指向派生类对象的基类指针时，系统会调用相应的派生类的析构函数（实现多态性），从而避免内存泄露。但是编译器隐式自动生成的析构函数都是非虚函数，这就需要由程序员手动的为基类 X 定义虚析构函数

再啰嗦一下，我们在使用virtual 修饰基类的析构函数时，可以再锦上添花地加上 = default 关键字，提高点性能。

例如

class X{
public:
    virtual ~X() = default;
}
......

避免方法

a. new 和 delete 要配套；
b. 利用C++的RAII（资源获取即初始化）机制；

智能指针
std::move
等等...

c. 将基类的析构函数设为虚函数；

OpenCV的内存泄露问题

这个问题之前是算法人员提出的，稍加深入了解才发现OpenCV库中的蹊跷。

其实解决内存泄露，最好的是心里得有杆秤，创建了一个对象应该时应该要outline它的生命轨迹了。

不过OpenCV后来好像也支持了类似智能指针的东西，名称是Ptr。

注意点1

OpenCV中很多数据结构与对象都有一个release方法，记得用完这些对象跟数据容器之后调用release/destory方法。最典型的就是Mat对象的release方法，调用release并不会重根本上保证立刻回收内存，==它只是让对象的引用计数减一==（引用计数这个思想，共享智能指针使用过，操作系统的软链接也使用过），只有当对象的引用计数为0的时候，才会回收内存。此外release方法还是一个原子操作，也可以线程中被调用。

注意点2

Mat m1;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
         m1 = Mat::zeros(Size(512, 512), CV_8UC3);
}
imshow("input-m1", m1);
m1.release();

经典的错误，标准的零分。创建了一堆对象，结果只释放了一个！