C++中内存泄漏的检测

小编辑 发布于 2010/01/26 03:03
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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。

最简单的方法当然是借助于专业的检测工具,比较有名如BoundsCheck,功能非常强大,相信做C++开发的人都离不开它。此外就是不使用任何工具,而是自己来实现对内存泄露的监控,分如下两种情况:

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:
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#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:
Detected memory leaks!
Dumping objects ->
d:\code\mfctest\mfctest.cpp(80) : {157} normal block at 0x003AF170, 4 bytes long.
 Data: < > 00 00 00 00
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:
#include "stdafx.h"
#include <crtdbg.h>
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int* p = new int();
    _CrtDumpMemoryLeaks();
    return 0;
}

 运行后,在Output(输出)窗口,显示了如下的信息:
Detected memory leaks!
Dumping objects ->
{112} normal block at 0x003AA770, 4 bytes long.
 Data: <    > 00 00 00 00
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:

#include "stdafx.h"
#ifdef _DEBUG
#define DEBUG_CLIENTBLOCK   new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#else
#define DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int* p = new int();
    _CrtDumpMemoryLeaks();
    return 0;
}

  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:

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

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int* p = new int();
    _CrtDumpMemoryLeaks();
    delete p;
    return 0;
}

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:

#include "stdafx.h"
#ifdef _DEBUG
#define DEBUG_CLIENTBLOCK   new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#else
#define DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
class Test
{
public:
    Test()      {   _p = new int();     }
    ~Test()     {   delete _p;          }
    int* _p;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int* p = new int();
    delete p;
    Test t;
    _CrtDumpMemoryLeaks();
    return 0;
}

  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:

#include "stdafx.h"
#ifdef _DEBUG
#define DEBUG_CLIENTBLOCK   new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#else
#define DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
class Test
{
public:
    Test()      {   _p = new int();     }
    ~Test()     {   delete _p;          }
    int* _p;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    _CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );
    int* p = new int();
    delete p;
    Test t;
    return 0;
}

 _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:

#include "stdafx.h"
#include <assert.h>
#ifdef _DEBUG
#define DEBUG_CLIENTBLOCK   new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#else
#define DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
void Exit()
{
    int i = _CrtDumpMemoryLeaks();
    assert( i == 0);
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    atexit(Exit);
    int* p = new int();
    return 0;
}

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:

#pragma once
#ifdef _DEBUG
#define DEBUG_CLIENTBLOCK   new( _CLIENT_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#else
#define DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <stdlib.h>
#include <crtdbg.h>
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#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。

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