1. 内存泄漏基础概念

各位同学，咱们今天聊一个嵌入式开发里特别容易踩坑的话题——内存泄漏。说实话，我刚开始做单片机项目那会儿，觉得内存嘛，总共就那么几十K，分配了用完了就完事了。直到有一次，一个跑了一个多月的设备突然死机，查了三天才发现是内存泄漏。从那以后，我再也不敢小看这个问题了。

1.1 什么是内存泄漏

内存泄漏，说白了就是：你向系统申请了一块内存，用完之后忘了还回去。这块内存就一直被占用着，谁也动不了。

在嵌入式系统里，内存资源本来就紧张。你想想看，一个STM32F103可能只有20K的RAM。如果每次泄漏几十个字节，跑上几个小时、几天，内存就被慢慢吃光了。

我见过不少新手写代码，malloc之后直接赋值给局部指针，函数一返回，指针变量没了，那块内存就成了孤儿。谁也找不到它，谁也释放不了它。

1.2 内存泄漏对嵌入式系统的危害

在PC上，内存泄漏可能只是让电脑变慢。但在单片机上，后果严重得多。我列几个真实案例：

危害类型	具体表现	我遇到过的案例
系统崩溃	malloc返回NULL，程序没做检查，直接写空指针	某工业控制器，运行72小时后死机
功能异常	内存碎片化严重，大块分配失败	通信协议栈突然收不到数据
性能下降	内存分配越来越慢，任务响应延迟	GUI界面卡顿，触摸反应迟钝
无法恢复	看门狗复位后，泄漏代码继续执行	设备反复重启，现场维护成本极高

嗯，这里要注意一点：嵌入式系统很多是7×24小时运行的。一个每小时泄漏10字节的程序，跑一个月就是7.2K。对于只有64K RAM的芯片来说，这已经是很严重的消耗了。

1.3 常见的内存分配方式

嵌入式开发里，动态内存分配主要有两套体系。咱们一个一个说。

1.3.1 C语言：malloc / free

这是最常用的方式。malloc从堆上申请一块连续内存，返回void*指针。free负责归还。

// 典型用法
uint8_t *buffer = (uint8_t *)malloc(256);
if (buffer == NULL) {
    // 分配失败，必须处理
    Error_Handler();
}
// 使用buffer...
free(buffer);
buffer = NULL;  // 我习惯置空，防止野指针

这里有几个坑，我重点说一下：

• malloc可能失败：堆空间不足或碎片化时返回NULL。很多新手不检查返回值，直接写内存，后果就是hard fault。
• free之后指针还在：它变成了野指针。我建议立即赋值为NULL。
• 重复free：对同一块内存释放两次，会导致堆管理结构损坏。

1.3.2 C++：new / delete

在C++嵌入式项目里，new和delete更常用。它们不仅分配内存，还会调用构造函数和析构函数。

// C++ 方式
class SensorData {
public:
    SensorData() { /* 初始化 */ }
    ~SensorData() { /* 清理 */ }
private:
    uint8_t data[128];
};

SensorData *sensor = new SensorData();
if (sensor == nullptr) {
    // 处理失败
}
// 使用...
delete sensor;
sensor = nullptr;

1.3.3 两种方式的对比

对比项	malloc / free	new / delete
语言	C	C++
是否调用构造/析构	否	是
返回类型	void*，需强制转换	类型安全，无需转换
失败处理	返回NULL	返回nullptr或抛出异常
代码体积	较小	较大（含异常处理）
适用场景	裸机、RTOS	C++项目、复杂对象

1.4 内存泄漏的典型场景

我总结了几种最容易出现泄漏的情况，你对照看看自己有没有中过招：

1. 函数内分配，忘记释放——局部指针，函数返回后内存丢失
2. 异常分支没处理——正常路径有free，错误路径直接return了
3. 链表/队列操作失误——删除节点时只删了指针，没释放内存
4. RTOS消息队列——发送动态内存，接收方忘了释放
5. 重分配覆盖——ptr = realloc(ptr, new_size); 失败时原指针丢失

1.5 本章知识体系

下面这张图，把内存泄漏的核心概念串起来了。你可以把它当作本章的思维导图：

这张图把内存泄漏的四个维度串起来了：定义、危害、分配方式、典型场景。你写代码的时候，脑子里要有这张图。每次malloc，都问自己一句：这个free写在哪？