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重载new或delete来检测内存泄漏

  1.简述

  在日常生活中,例如电脑,还有我们大家每天离不开的手机,用的时间久了,就会发现运行速度越来越快,用方言讲,就是卡的不行啦,电脑或手机出现这种情况,大家势必会感到非常烦躁,有那种摔电脑或手机的冲动。

  内存泄漏属于资源泄漏的一种,百度百科将内存泄漏分为四种:常发性内存泄漏、偶发性内存泄漏、一次性内存泄漏和隐式内存泄漏。

  常发性指:内存泄漏的代码会被多次执行到。偶发性指:内存泄漏的代码只有在特定的条件下才会执行到。一次性指:内存泄漏的代码只会被执行到一次。隐式指:程序在运行中不断的开辟内存,知道程序结束时才释放内存,本质上虽然没有内存泄漏,但是如果这个程序在连续运行很长时间,会耗尽所有内存,导致系统崩溃。

  下面首先介绍内存检测的基本原理,然后给出代码样例,最后说明针对四种内存泄漏进行检测的想法。

  2. 基本原理

  内存泄漏就是new出来的内存没有通过delete合理的释放掉。new和delete这两个函数就是关键点。可以重载new和delete,每次new中开辟一块内存就用链表把这个内存的信息保存下来,每次用delete删除一块内存就从链表中删除这块内存的记录。

 #include<iostream>
  2 using namespace std;
  3 //---------------------------------------------------------------
  4 // 内存记录
  5 //---------------------------------------------------------------
  6 class MemInfo {
  7 private:
  8   void* ptr;
  9   const char* file;
  10   unsigned int line; 
  11   MemInfo* link;
  12   friend class MemStack;
 13 };
 14 //---------------------------------------------------------------
 15 // 内存记录栈 
 16 //---------------------------------------------------------------
 17 class MemStack {
 18 private:
 19   MemInfo* head;
 20 public:
 21   MemStack():head(NULL) { }
 22   ~MemStack() { 
 23     MemInfo* tmp;
 24     while(head != NULL) {
 25       free(head->ptr); // 释放泄漏的内存 
 26       tmp = head->link;
 27       free(head);
 28       head = tmp;
 29     }
 30   }
 31   void Insert(void* ptr, const char* file, unsigned int line) {
 32     MemInfo* node = (MemInfo*)malloc(sizeof(MemInfo));
 33     node->ptr = ptr; node->file = file; node->line=line;
 34     node->link = head; head = node;    
 35   }
 36   void Delete(void* ptr) {
 37     MemInfo* node = head;
 38     MemInfo* pre = NULL;
 39     while(node != NULL && node->ptr!=ptr) {
 40       pre = node;
 41       node = node->link;
 42     }
 43     if(node == NULL)
 44       cout << "删除一个没有开辟的内存" << endl;
 45     else {
 46       if(pre == NULL) // 删除的是head 
 47         head = node->link;
 48       else 
 49         pre->link = node->link;
 50       free(node);
 51     }
 52   }
 53   void Print() {
 54     if(head == NULL) {
 55       cout << "内存都释放掉了" << endl; 
 56       return;
 57     }
 58     cout << "有内存泄露出现" << endl; 
 59     MemInfo* node = head;    
 60     while(node != NULL) {
 61       cout << "文件名: " << node->file << " , " << "行数: " << node->line << " , "
 62         << "地址: " << node->ptr << endl; 
 63       node = node->link;
 64     }
 65   }
 66 };
 67 //---------------------------------------------------------------
 68 // 全局对象 mem_stack记录开辟的内存 
 69 //---------------------------------------------------------------
 70 MemStack mem_stack;
 71 //---------------------------------------------------------------
 72 // 重载new,new[],delete,delete[] 
 73 //---------------------------------------------------------------
 74 void* operator new(size_t size, const char* file, unsigned int line) {
 75   void* ptr = malloc(size);
 76   mem_stack.Insert(ptr, file, line);
 77   return ptr;
 78 }
 79 void* operator new[](size_t size, const char* file, unsigned int line) {
 80   return operator new(size, file, line); // 不能用new 
 81 }
 82 void operator delete(void* ptr) {
 83   free(ptr);
 84   mem_stack.Delete(ptr);
 85 }
 86 void operator delete[](void* ptr) {
 87   operator delete(ptr);
 88 }
 89 //---------------------------------------------------------------
 90 // 使用宏将带测试代码中的new和delte替换为重载的new和delete 
 91 //---------------------------------------------------------------
 92 #define new new(__FILE__,__LINE__)
 93 //---------------------------------------------------------------
 94 // 待测试代码 
 95 //---------------------------------------------------------------
 96 void bad_code() {
 97   int *p = new int;
 98   char *q = new char[5];
 99   delete []q;
100 } 
101 
102 void good_code() {
103   int *p = new int;
104   char *q = new char[5];
105   delete p;
106   delete []q;
107 } 
108 //---------------------------------------------------------------
109 // 测试过程 
110 //---------------------------------------------------------------
111 int main() {
112   good_code();
113   bad_code();
114   mem_stack.Print();
115   system("PAUSE");
116   return 0;
117 }

  3. 代码说明

  3.1 关于new的参数问题。

  对于new int,编译器会解释为new(sizeof(int)),对于new int[5],编译器会解释为new(sizeof(int)*5)。因此使用宏定义预编译后,new int就变为new (__FILE__,__LINE__) int,编译器会解释为new(sizeof(int), __FILE__,__LINE__)。

  3.2 关于MemStack

  MemStack内部也是一个链表结构,注意内部实现不能使用new和delete,只能使用malloc和free来实现链表,因为待测代码中的重载new和delete中调用了MemStack的insert和delete函数,如果insert和delete函数也调用重载后的new和delete的话,会构成死循环的,所以直接使用free和malloc比较好。

  MemStack中的析构函数,会释放掉泄漏掉的内存。

  4. 使用思考

  对于常发性和一次性的内存泄漏代码,直接放入测试就好了。对于偶发性的内存泄漏代码,只要满足特定条件,那么也就转化为常发性或者一次性的内存泄漏了。对于隐式内存泄漏,由于程序是在很长一段时间之后导致内存耗尽,我们需要长时间观察,每隔一段时间比较一下内存的使用量,如果在一个较长的时间内,内存使用量持续增加,那么可以考虑是内存泄漏。不过调试起来可能会比较麻烦,还是需要重新审视程序设计的。

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