C++ 中常见的动态内存问题

C++ 的动态内存管理（通过 new/delete 或 new[]/delete[]）是强大但危险的功能。如果使用不当，会导致严重的运行时错误、内存泄漏、安全漏洞甚至程序崩溃。下面列出实际项目中最常见的动态内存问题，按严重性和出现频率排序，并附带原因、后果和示例。

1. 内存泄漏（Memory Leak）

• 描述：动态分配的内存没有被正确释放，程序占用内存越来越多。
• 原因：忘记 delete，或在异常/提前返回时未释放。
• 后果：长期运行的程序（如服务器）内存耗尽，导致性能下降或崩溃。
• 示例：

  void bad() {
      int* p = new int[1000];
      return;  // 忘记 delete[] p → 泄漏
  }
  

2. 重复释放（Double Delete / Double Free）

• 描述：同一块内存被释放两次。
• 原因：多个指针指向同一块内存，其中一个释放后另一个再释放。
• 后果：未定义行为，通常导致程序崩溃（heap corruption）。
• 示例：

  int* p1 = new int;
  int* p2 = p1;
  delete p1;
  delete p2;  // 双删 → 崩溃
  

3. 释放后使用（Use After Free）

• 描述：内存释放后继续访问（读/写）。
• 原因：释放后指针未置为空（悬空指针/dangling pointer）。
• 后果：未定义行为，可能读到垃圾数据或引发崩溃；严重时可被利用为安全漏洞。
• 示例：

  int* p = new int(42);
  delete p;
  std::cout << *p;  // 使用已释放内存 → 未定义行为
  

4. new 和 delete 不匹配（Mismatch new/delete）

• 描述：用 new 分配却用 delete[] 释放，或反之。
• 原因：数组用 new[] 分配，必须用 delete[] 释放。
• 后果：未定义行为，常导致堆损坏或只释放部分内存。
• 示例：

  int* arr = new int[10];
  delete arr;     // 错误！应该 delete[] arr
  
  int* p = new int;
  delete[] p;     // 错误！应该 delete p
  

5. 未初始化动态内存

• 描述：分配后未初始化就使用。
• 原因：new 默认不初始化（除非用 ()）。
• 后果：读取垃圾值，导致逻辑错误。
• 示例：

  int* p = new int;     // 值是未定义的
  std::cout << *p;      // 垃圾值
  int* p2 = new int();  // 正确：初始化为0
  

6. 越界访问（Buffer Overflow / Out-of-Bounds）

• 描述：动态分配的数组访问超出范围。
• 原因：C++ 不检查数组边界。
• 后果：覆盖相邻内存，导致数据损坏或安全漏洞。
• 示例：

  int* arr = new int[5];
  arr[10] = 42;  // 越界写 → 未定义行为
  

7. 异常安全问题（Exception Safety）

• 描述：在异常抛出时，动态内存未被释放。
• 原因：手动管理资源时异常中断正常流程。
• 示例：

  void bad() {
      int* p = new int;
      some_function_that_throws();  // 异常 → p 未 delete
  }
  

如何避免这些问题（现代 C++ 最佳实践）

现代 C++（C++11 及以后）强烈建议避免裸指针（raw pointers）手动管理动态内存，改用以下方式：

示例：正确做法

#include <memory>
#include <vector>

void good() {
    auto p = std::make_unique<int>(42);           // unique_ptr 自动释放
    std::vector<int> vec(1000);                   // 自动管理内存
    vec[0] = 10;                                 // 安全访问
}  // 离开作用域自动释放所有资源

总结：在现代 C++ 项目中，几乎不应该出现裸 new/delete（除极少数性能极致场景）。一旦看到代码里有大量 new/delete，就大概率存在潜在内存问题。使用智能指针和标准容器，能彻底避免上述 90% 以上的动态内存问题。

如果你正在维护老项目，建议逐步用 std::unique_ptr 替换手动管理指针。