内存泄漏是指程序动态分配的堆内存在使用完毕后，未被正确释放，且程序失去了对该内存块的引用，导致这部分内存永远无法被操作系统回收，持续占用内存资源的现象。
内存泄漏属于隐性 bug，不会直接导致程序崩溃，但会随着程序运行时间的增长，占用越来越多的内存，最终可能引发系统内存不足、程序响应缓慢甚至 OOM（内存耗尽）崩溃。
一、内存泄漏的核心原理
程序的内存空间分为栈区、堆区、全局/静态区、常量区，内存泄漏仅发生在堆区，原因如下：
- 栈区内存：由编译器自动分配和释放（如局部变量、函数参数），函数执行完毕后自动回收，不会泄漏。
- 堆区内存：由程序员通过 malloc / calloc / realloc （C 语言）或 new （C++）手动分配，必须通过 free （C）或 delete / delete[] （C++）手动释放，手动管理失误是泄漏的根源。
- 全局/静态区：程序启动时分配，退出时释放，不存在泄漏问题。
内存泄漏的本质：堆内存块的「引用丢失」+「未释放」。
- 引用丢失：指向堆内存的指针被覆盖、置空或超出作用域，程序再也找不到这块内存。
- 未释放：丢失引用前，没有调用 free / delete 释放内存。
二、内存泄漏的常见场景及代码示例
- 指针直接被覆盖（最基础的泄漏）
分配堆内存后，指针被重新赋值，原堆内存地址丢失，无法释放。
c
#include <stdlib.h>
void func() {
// 分配 10 个 int 大小的堆内存，p 指向该内存
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
// 错误：p 被重新赋值，原堆内存地址丢失
p = (int *)malloc(20 * sizeof(int));
// 仅释放了第二次分配的内存，第一次的内存永久泄漏
free(p);
}
- 局部指针超出作用域（作用域陷阱）
堆内存的指针是局部变量，函数执行完毕后指针销毁，堆内存无人「认领」。
c
#include <stdlib.h>
void func() {
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
// 业务逻辑：使用 p 指向的内存
// 错误：未调用 free(p)，函数结束后 p 销毁，堆内存泄漏
}
int main() {
func();
// 此时无法访问 func 中分配的堆内存，泄漏发生
return 0;
}
- 条件分支导致的释放遗漏
在 if-else 、 switch 等分支中，部分路径执行了 free ，部分路径未执行，导致泄漏。
c
#include <stdlib.h>
void func(int flag) {
int *p = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
if (flag == 1) {
// 分支1：释放内存，无泄漏
free(p);
return;
} else if (flag == 2) {
// 分支2：直接返回，未释放内存，泄漏
return;
}
// 其他分支：未处理 p，也会泄漏
}- C++ 中 new / delete 不匹配
- 用 new 分配单个对象，必须用 delete 释放；
- 用 new[] 分配数组，必须用 delete[] 释放；
- 不匹配会导致部分内存泄漏或未定义行为。
cpp
#include <iostream>
void func() {
// 分配单个对象
int *p1 = new int;
// 分配数组
int *p2 = new int[10];
// 错误1：用 delete[] 释放单个对象（可能泄漏）
delete[] p1;
// 错误2：用 delete 释放数组（大概率泄漏，数组元素的析构函数不会被调用）
delete p2;
}- 复杂数据结构中的泄漏（如链表、树）
当节点从数据结构中移除时，只断开了指针连接，未释放节点本身的堆内存。
c
#include <stdlib.h>
// 链表节点
typedef struct Node {
int data;
struct Node *next;
} Node;
void remove_node(Node **head, int val) {
Node *cur = *head;
Node *prev = NULL;
while (cur != NULL && cur->data != val) {
prev = cur;
cur = cur->next;
}
if (cur == NULL) return;
if (prev == NULL) {
*head = cur->next;
} else {
prev->next = cur->next;
}
// 错误：只断开节点，未释放 cur 指向的堆内存，节点泄漏
// free(cur);
}三、内存泄漏的检测方法
内存泄漏无法通过编译器编译检查发现，需要借助工具或手动排查：
- 手动排查（小型程序）
- 遵循 「谁分配，谁释放」 的原则，确保 malloc / new 和 free / delete 一一对应。
- 对堆内存指针进行包装管理，比如用「智能指针」（C++11 后的 std::unique_ptr / std::shared_ptr ）自动释放内存。
- 工具检测（大型程序）
| 工具名称 | 适用语言 | 核心功能描述 |
|---|---|---|
| Valgrind | C/C++ | 最常用的开源内存检测工具，检测堆内存泄漏、越界访问、重复释放等底层问题 |
| AddressSanitizer | C/C++ | 集成于 GCC/Clang 的轻量级内存检测工具，高效定位内存错误（如溢出、释放后使用） |
| Visual Studio 内存检测器 | C/C++ | Windows 平台可视化工具，深度集成 VS 开发环境，支持图形化分析内存问题 |
| mtrace | C | 跟踪内存分配/调用流程，生成内存分配与释放日志 |
Valgrind 检测示例：
编译程序时添加 -g 调试选项：
bash
gcc -g test.c -o test
运行 Valgrind 检测：
bash
valgrind --leak-check=full ./test
检测报告中会显示泄漏的内存大小、位置和调用栈。
四、内存泄漏的避免策略
- 遵循配对原则： malloc ↔ free 、 new ↔ delete 、 new[] ↔ delete[] ，缺一不可。
- 及时释放：堆内存使用完毕后立即释放，避免指针被覆盖或超出作用域。
- 使用智能指针（C++）：用 std::unique_ptr （独占所有权）或 std::shared_ptr （共享所有权）替代裸指针，自动管理内存释放。
cpp
#include <memory>
void func() {
// unique_ptr 自动释放内存，无泄漏
std::unique_ptr<int> p(new int(10));
// 无需手动 delete
}- 统一内存管理接口：封装自定义的内存分配/释放函数，避免直接调用 malloc / free ，方便统一检测和管理。
- 养成检测习惯：大型程序开发中，定期用 Valgrind、AddressSanitizer 等工具检测内存泄漏。
五、内存泄漏 vs 内存溢出
很多人会混淆两者，核心区别如下：
| 特性 | 内存泄漏 | 内存溢出（OOM） |
|---|---|---|
| 本质 | 堆内存未释放，引用丢失 | 程序申请的内存超过系统剩余可用内存 |
| 发生过程 | 渐进式，随运行时间积累 | 瞬时式，申请大内存时直接触发 |
| 直接后果 | 内存占用增加，程序变慢 | 程序直接崩溃 |
| 关系 | 严重的内存泄漏会导致内存溢出 | 内存溢出不一定由内存泄漏引起（如直接申请超大内存） |