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(转)C++内存管理之一(检测内存泄露)  

2009-08-25 19:51:29|  分类: 技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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C++程序的复杂性很大一部分在于他的内存管理,没有C#那样的垃圾回收机制,内存管理对初学者来说很困难。经常会出现内存泄露的情况。那么我们写程序如何避免内存泄露呢?首先我们需要知道程序有没有内存泄露,然后定位到底是哪行代码出现内存泄露了,这样才能将其修复。

    本文描述了如何检测内存泄露。最主要的是纯C,C++的程序如何检测内存泄露。

现在有很多专业的检测工具,比如比较有名的BoundsCheck, 但是这类工具也有他的缺点,我认为首先BoundsCheck是商业软件,呵呵。然后呢需要安装,使用起来不太方便。因为我们检测的时候不一定经常会启动他来检测。这样经常会积累很多问题,那时要解决就麻烦了。最好就是从开始编码,一步一步的都能随时提醒我们内存泄露。我们编程序会经常调试,假如能在每次调试程序的时候都能自动检测内存泄露就好了。

   一. 在 MFC 中检测内存泄漏

假如是用MFC的程序的话,很简单。默认的就有内存泄露检测的功能。

我们用VS2005生成了一个MFC的对话框的程序,发现他可以自动的检测内存泄露.不用我们做任何特殊的操作. 仔细观察,发现在每个CPP文件中,都有下面的代码:

  1. #ifdef _DEBUG
  2. #define new DEBUG_NEW
  3. #endif

DEBUG_NEW 这个宏定义在afx.h文件中,就是它帮助我们定位内存泄漏。

     在含有以上代码的cpp文件中分配内存后假如没有删除,那么停止程序的时候,VisualStudio的Output窗口就会显示如下的信息了:

  1. Detected memory leaks!
  2. Dumping objects ->
  3. d:\code\mfctest\mfctest.cpp(80) : {157} normal block at 0x003AF170, 4 bytes long.
  4. Data: < > 00 00 00 00
  5. Object dump complete.

    在Output窗口双击粗体字那一行,那么IDE就会打开该文件,定位到该行,很容易看出是哪出现了内存泄露。

二.检测纯C++的程序内存泄露    我试了下用VisualStudio建立的Win32 Console Application和Win32 Project项目,结果都不能检测出内存泄露。

下面一步一步来把程序的内存泄露检测的机制建立起来。

首先,我们需要知道C运行库的Debug版本提供了许多检测功能,使得我们更容易的Debug程序。在MSDN中有专门的章节讲这个,叫做Debug Routines,建议大家先看看里面的内容吧。

我们会用到里面很重要的几个函数。其中最重要的是 _CrtDumpMemoryLeaks();自己看MSDN里的帮助吧。使用这个函数,需要包含头文件crtdbg.h

该函数只在Debug版本才有用,当在调试器下运行程序时,_CrtDumpMemoryLeaks 将在“Output(输出)”窗口中显示内存泄漏信息.写段代码试验一下吧,如下:

检测内存泄露版本一:

  1. #include "stdafx.h"
  2. #include <crtdbg.h>
  3. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  4. {
  5.     int* p = new int();
  6.      _CrtDumpMemoryLeaks();
  7.     return 0;
  8. }

运行后,在Output(输出)窗口,显示了如下的信息:

  1. Detected memory leaks!
  2. Dumping objects ->
  3. {112} normal block at 0x003AA770, 4 bytes long.
  4. Data: <     > 00 00 00 00
  5. Object dump complete.

    但是这个只是告诉我们程序有内存泄露,到底在哪泄露了一眼看不出来啊。

看我们的检测内存泄露版本二:

  1. #include "stdafx.h"
  2. #ifdef _DEBUG
  3. #define DEBUG_CLIENTBLOCK    new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
  4. #else
  5. #define DEBUG_CLIENTBLOCK
  6. #endif
  7. #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
  8. #include <crtdbg.h>
  9. #ifdef _DEBUG
  10. #define new DEBUG_CLIENTBLOCK
  11. #endif
  12. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  13. {
  14.     int* p = new int();
  15.      _CrtDumpMemoryLeaks();
  16.     return 0;
  17. }

    该程序定义了几个宏,通过宏将Debug版本下的new给替换了,新的new记录下了调用new时的文件名和代码行.运行后,可以看到如下的结果:

  1. Detected memory leaks!
  2. Dumping objects ->
  3. d:\code\consoletest\consoletest.cpp(21) : {112} client block at 0x003A38B0, subtype 0, 4 bytes long.
  4. Data: <     > 00 00 00 00
  5. Object dump complete.

呵呵,已经和MFC程序的效果一样了,但是等一等。看下如下的代码吧:

  1. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  2. {
  3.     int* p = new int();
  4.      _CrtDumpMemoryLeaks();
  5.     delete p;
  6.     return 0;
  7. }

    运行后可以发现我们删除了指针,但是它仍然报内存泄露。所以可以想象,每调用一次new,程序内部都会将该调用记录下来,类似于有个数组记录,假如 delete了,那么就将其从数组中删除,而_CrtDumpMemoryLeaks()就是把这个数组当前的状态打印出来。

所以除了在必要的时候Dump出内存信息外,最重要的就是在程序退出的时候需要掉用一次_CrtDumpMemoryLeaks();

假如程序有不止一个出口,那么我们就需要在多个地方都调用该函数。

更进一步,假如程序在类的析构函数里删除指针,怎么办?例如:

  1. #include "stdafx.h"
  2. #ifdef _DEBUG
  3. #define DEBUG_CLIENTBLOCK    new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
  4. #else
  5. #define DEBUG_CLIENTBLOCK
  6. #endif
  7. #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
  8. #include <crtdbg.h>
  9. #ifdef _DEBUG
  10. #define new DEBUG_CLIENTBLOCK
  11. #endif
  12. class Test
  13. {
  14. public:
  15.      Test()       {    _p = new int();      }
  16.      ~Test()      {   delete _p;           }
  17.     int* _p;
  18. };
  19. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  20. {
  21.     int* p = new int();
  22.     delete p;
  23.      Test t;
  24.      _CrtDumpMemoryLeaks();
  25.     return 0;
  26. }

     可以看到析构函数在程序退出的时候才调用,明明没有内存泄露,但是这样的写法还是报了。

如何改进呢,看检测内存泄露版本三:

  1. #include "stdafx.h"
  2. #ifdef _DEBUG
  3. #define DEBUG_CLIENTBLOCK    new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
  4. #else
  5. #define DEBUG_CLIENTBLOCK
  6. #endif
  7. #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
  8. #include <crtdbg.h>
  9. #ifdef _DEBUG
  10. #define new DEBUG_CLIENTBLOCK
  11. #endif
  12. class Test
  13. {
  14. public:
  15.      Test()       {    _p = new int();      }
  16.      ~Test()      {   delete _p;           }
  17.     int* _p;
  18. };
  19. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  20. {
  21.      _CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );
  22.     int* p = new int();
  23.     delete p;
  24.      Test t;
  25.     return 0;
  26. }

_CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );

该语句在程序退出时自动调用 _CrtDumpMemoryLeaks。必须同时设置 _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF 和 _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF.

这样,该版本已经达到了MFC一样的效果了,但是我觉得光这样还不够,因为我们只是在Output窗口中输出信息,对开发人员的提醒还不明显,经常会被遗漏,而且很多人就算发现了内存泄露,但是不好修复,不会严重影响到程序外在表现,都不会修复。怎么样能让开发人员主动的修复内存泄露的问题呢?记得曾经和人配合写程序,我的函数参数有要求,不能为空,但是别人老是传空值,没办法了,只好在函数开始验证函数参数,给他assert住,这样程序运行时老是不停的弹出assert,调试程序那个烦压,最后其他程序员烦了,就把这个问题给改好了,输入参数就正确了。所以我觉得咱要让程序员主动去做一件事,首先要让他觉得做这个事是能减轻自己负担,让自己工作轻松的。呵呵,那咱们也这样,当程序退出时,检测到内存泄露就让程序提示出来。

看检测内存泄露版本四:

  1. #include "stdafx.h"
  2. #include <assert.h>
  3. #ifdef _DEBUG
  4. #define DEBUG_CLIENTBLOCK    new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
  5. #else
  6. #define DEBUG_CLIENTBLOCK
  7. #endif
  8. #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
  9. #include <crtdbg.h>
  10. #ifdef _DEBUG
  11. #define new DEBUG_CLIENTBLOCK
  12. #endif
  13. void Exit()
  14. {
  15.     int i = _CrtDumpMemoryLeaks();
  16.      assert( i == 0);
  17. }
  18. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
  19. {
  20.      atexit(Exit);
  21.     int* p = new int();
  22.     return 0;
  23. }

    该版本会在程序退出时检查内存泄露,假如存在就会弹出提示对话框.

atexit(Exit);设置了在程序退出时执行Exit()函数。

Exit()函数中,假如存在内存泄露,_CrtDumpMemoryLeaks()会返回非0值,就会被assert住了。

    到这个版本已经达到可以使用的程度了。但是我们还可以做些改进,因为真要准确的检测到代码中所有的内存泄露,需要把代码中的#define……拷贝到所有使用new的文件中。不可能每个文件都拷贝这么多代码,所以我们可以将他提取出来,放在一个文件中,比如我是放在 KDetectMemoryLeak.h中,该文件内容如下:

  1. #pragma once
  2. #ifdef _DEBUG
  3. #define DEBUG_CLIENTBLOCK    new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
  4. #else
  5. #define DEBUG_CLIENTBLOCK
  6. #endif
  7. #define _CRTDBG_MAP_ALLOC
  8. #include <stdlib.h>
  9. #include <crtdbg.h>
  10. #ifdef _DEBUG
  11. #define new DEBUG_CLIENTBLOCK
  12. #endif

然后将KDetectMemoryLeak.h包含在项目的通用文件中,例如用VS建的项目就将其包含在stdafx.h中。或者我自己建的一个Common.h文件中,该文件包含一些通用的,基本所有文件都会用到的代码东东。

好了,到现在,检测内存泄露总算完成了,而且他还能定位到到底是代码中哪个文件,哪行出现了内存泄露。下一篇文章将会讲些实际遇到的一些问题,例如只知道有内存泄露,但是不知道到底内存泄露的具体位置,如何利用内存断点等技术来定位内存泄露的位置啊,最后会从代码的角度讲下,怎么样才能避免内存泄露吧。

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