c-lang-intermediate

# 메모리 누수 (Memory Leak)

## 메모리 누수란?

동적으로 할당한 메모리를 `free`하지 않아  
**프로세스가 끝날 때까지 해당 메모리가 반환되지 않는 현상**입니다.

```c
void leak_example(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int) * 100);
    // ... 사용 ...
    // free(p) 없이 함수 종료 → 100*4 = 400바이트 누수
}
```

반복 호출 시 메모리가 점점 부족해지고 결국 프로그램이 비정상 종료됩니다.

---

## 주요 누수 원인

### 1. free 누락

```c
char *buf = malloc(256);
// ... 사용 후 free 없음
```

### 2. 포인터 덮어쓰기

```c
int *p = malloc(sizeof(int) * 10);
p = malloc(sizeof(int) * 20);  // ❌ 첫 번째 할당 주소를 잃음 → 누수
```

### 3. 조기 반환 시 해제 누락

```c
int *arr = malloc(sizeof(int) * n);

if (some_error) {
    return -1;      // ❌ arr을 해제하지 않고 반환
}

// ... 처리 ...
free(arr);
return 0;
```

### 4. 연결 리스트 부분 해제

```c
struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

// ❌ 전체를 순회하며 해제하지 않고 head만 해제
free(head);
```

---

## 안전한 해제 패턴

### 조기 반환 패턴 — goto cleanup

```c
int process(int n) {
    int *a = NULL, *b = NULL;

a = malloc(sizeof(int) * n);
    if (!a) goto cleanup;

b = malloc(sizeof(int) * n);
    if (!b) goto cleanup;

// ... 처리 ...

cleanup:
    free(a);
    free(b);   // NULL 해제는 안전
    return 0;
}
```

### 연결 리스트 전체 해제

```c
void free_list(struct Node *head) {
    while (head) {
        struct Node *next = head->next;
        free(head);
        head = next;
    }
}
```

### 해제 후 NULL 초기화

```c
free(p);
p = NULL;   // 댕글링 포인터 방지 + 이중 해제 방지
```

---

## 탐지 방법

### 1. Valgrind (Linux/macOS)

```bash
gcc -g -o program program.c
valgrind --leak-check=full ./program
```

**출력 예시:**
```
==1234== LEAK SUMMARY:
==1234==    definitely lost: 400 bytes in 1 blocks
==1234==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==1234==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==1234==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks
```

### 2. Address Sanitizer (ASan)

```bash
gcc -fsanitize=address -g -o program program.c
./program
```

메모리 오류 및 누수를 런타임에 탐지합니다.

### 3. 정적 분석 — clang-tidy / cppcheck

```bash
cppcheck --enable=all program.c
```

코드를 실행하지 않고 분석합니다.

---

## 누수 방지 체크리스트

```
✅ 모든 malloc/calloc에 대응하는 free가 있는가?
✅ 포인터를 덮어쓰기 전에 기존 메모리를 해제했는가?
✅ 조기 반환(return/goto) 경로에서도 해제했는가?
✅ 재할당(realloc) 실패 시 원본 포인터를 해제했는가?
✅ 연결 리스트 등 복합 구조체를 모두 순회하며 해제했는가?
✅ free 후 포인터를 NULL로 초기화했는가?
```

---

## 전체 예제 — 누수 없는 동적 배열

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int *create_array(int n) {
    int *arr = malloc(sizeof(int) * n);
    if (!arr) return NULL;

for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = i;
    }
    return arr;  // 호출한 쪽에서 반드시 free
}

int main(void) {
    int *data = create_array(10);
    if (!data) {
        fprintf(stderr, "allocation failed\n");
        return 1;
    }

for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    printf("\n");

free(data);   // 반드시 해제
    data = NULL;
    return 0;
}
```

---

## 정리

| 원인 | 해결 |
|------|------|
| free 누락 | 모든 동적 할당에 대응하는 free 추가 |
| 포인터 덮어쓰기 | 재할당 전 기존 메모리 해제 |
| 조기 반환 | goto cleanup 패턴 사용 |
| 복합 구조체 | 재귀/반복으로 전체 해제 |
| 탐지 | Valgrind, ASan, 정적 분석 도구 활용 |

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메모리 누수 (Memory Leak)

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