如何正确使用PyObject_Malloc/Realloc避免内存泄漏及指针释放报错

问题背景 #

参考CPython源码对PyObject_Realloc的说明：

对于非空指针p，调用PyObject_Realloc(p, 0)时，既不会返回NULL值，也不会释放p指向的内存空间。

据此认为该函数不会主动释放内存，在排查内存泄漏时编写了如下调整内存大小的逻辑：

PyLongObject *new = (PyLongObject *) PyObject_Realloc(obj, new_size);
if (new == NULL) {
  return PyErr_NoMemory();
}
if (new != obj) {
  PyObject_Free(obj);
}
obj = new;

修改后程序触发malloc报错：pointer being freed was not allocated，需要明确搭配使用PyObject_Malloc、PyObject_Realloc的正确流程，避免内存泄漏。

报错根源 #

代码中手动调用PyObject_Free(obj)的逻辑是触发报错的核心原因。
PyObject_Realloc的常规场景语义与标准C库realloc完全一致：当申请的新内存大小大于0时，函数会自动完成原内存块的尺寸调整、内容拷贝、原内存块回收的全流程，原指针的内存所有权完全由函数内部接管，调用者无需手动释放原指针。
此时再对已经被函数内部回收的旧指针调用释放接口，属于二次释放操作，会触发分配器的校验逻辑，抛出“指针未被分配就被释放”的错误。

易混淆的边界规则 #

你看到的文档说明仅适用于申请内存大小为0的特殊场景：

• 当传入非空原指针，且申请大小为0时，函数不会释放原指针指向的内存，会直接返回原指针地址，这是唯一需要手动处理原内存的realloc场景
• 其他所有常规尺寸的调整场景下，函数都会自动完成原内存的回收，不存在“不主动释放内存”的问题

正确操作流程 #

• 内存分配：直接调用PyObject_Malloc(申请大小)，将返回的有效指针存入对应的变量
• 尺寸调整：直接调用PyObject_Realloc(原有指针, 新的申请大小)，将返回的新指针直接替换原有变量的值，无需手动释放旧指针。正确的调整代码示例：

  PyLongObject *new = (PyLongObject *) PyObject_Realloc(obj, new_size);
  if (new == NULL) {
    return PyErr_NoMemory();
  }
  obj = new;
  

• 常规内存释放：对当前持有的有效指针调用PyObject_Free即可，无需追溯指针的历史变更过程
• 0尺寸场景处理：当需要将内存块收缩到0大小时，不能依赖realloc的自动回收逻辑，需要直接调用PyObject_Free释放内存，并将指针置空避免野指针

内存泄漏规避要点 #

• 严格遵守分配器配对规则：所有通过PyObject_Malloc、PyObject_Realloc分配的内存，必须使用PyObject_Free释放，禁止和标准C库的malloc、realloc、free混用，否则会因内存块元数据不兼容触发报错或泄漏
• 非0尺寸的realloc流程中，不要手动释放原指针，避免二次释放
• 释放内存时直接操作当前持有的有效指针，不要依赖边界场景下的自动回收逻辑

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user3310334