メモリリーク｜コードで実践

返し忘れると何が起きるか

前回、malloc で借りて free で返す形を書きました。返し忘れたものをメモリリークと呼びます。

リークしても、その場では何も起きません。エラーも警告も出ず、テストも通ります。困るのは長く動かしたときです。借りたまま返さない領域が少しずつ積み上がり、使えるメモリが減っていきます。1回の実行が一瞬で終わるプログラムなら終了時にOSがまとめて回収してくれますが、常駐するサーバーや、電源を切らない組込み機器では、数日後に確保が失敗し始めます。原因の行から遠く離れた場所で落ちるので、リークは見つけにくいバグの代表です。

リークが起きる典型の形

意図して忘れる人はいません。次の3つの形で自然に生まれます。

途中で return してしまう。

int *p = malloc(sizeof(int) * n);
if (n > 100) {
    return 1;   /* p を返さないまま抜けている */
}

同じ変数を上書きする。

int *p = malloc(sizeof(int) * 3);
p = malloc(sizeof(int) * 5);   /* 最初の領域のアドレスが消えた */

アドレスを失った領域は、もう free に渡すことができません。借りた場所への唯一の手がかりを捨てているので、取り返しがつきません。

確保する場所と解放する場所が離れている。

関数の中で確保して、呼び出し側に返す設計にすると、返す責任が呼び出し側に移ります。この受け渡しがあいまいなまま関数が増えると、誰も free を書かない状態になります。関数のコメントに「戻り値は呼び出し側が free すること」と書いておく習慣が要ります。

数えれば見える

リークは目に見えないので、数えて見えるようにします。malloc と free をそのまま呼ぶ代わりに、回数を数えるだけの薄い包みを自分で用意します。

int alloc_count = 0;
int free_count = 0;

void *my_malloc(size_t size) {
    void *p = malloc(size);
    if (p != NULL) {
        alloc_count++;
    }
    return p;
}

プログラムの最後で alloc_count と free_count を出し、差が0でなければリークしています。これは本物のツールがやっていることの、いちばん簡単な形です。実務では専用の検出ツールを使いますが、仕組みはこの数え上げと変わりません。差が出たときに「どこで確保したものか」まで知りたくなったら、包みの中で確保した場所を記録すればよい、という発想も同じ延長線上にあります。

今回はこの包みを自分で書いて、確保と解放の回数が一致するプログラムに仕上げます。

メモリリーク

返し忘れると何が起きるか

リークが起きる典型の形

数えれば見える

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