Linux下C和C++程序中內(nèi)存泄露檢測

更新時間:2020-01-16 來源:黑馬程序員瀏覽量:

01. 前言

C/C++運行高效，不管是操作系統(tǒng)內(nèi)核還是對性有要求的程序（比如游戲引擎）都要求使用C/C++來編寫，其實C/C++強大的一點在于能夠使用指針自由地控制內(nèi)存的使用，適時的申請內(nèi)存和釋放內(nèi)存，從而做到其他編程語言做不到的高效地運行。但是內(nèi)存管理是一把雙刃劍，用好了削鐵如泥，用不好自斷一臂。在申請堆上內(nèi)存使用完之后中如果做不到適時有效的釋放，那么就會造成內(nèi)存泄露，久而久之程序就會將系統(tǒng)內(nèi)存耗盡，導(dǎo)致系統(tǒng)運行出問題。就如同你每天跑去圖書館借一打書籍而不還，直到圖書館倒閉為止。

C語言中申請內(nèi)存和釋放內(nèi)存的方法是使用 malloc和free。

C++中能兼容C，所以也能使用malloc和free，面向?qū)ο蟮那闆r下使用的則是new和delete，能夠自動執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)。

在Linux平臺，我們可以使用valgrind命令檢測C/C++程序是否內(nèi)存泄露。

02. valgrind安裝

debian/ubuntu下安裝方法：

deng@itcast:~$ sudo apt install valgrind
deng@itcast:~$ sudo yum install valgrind

安裝好valgrind工具之后，下面來看看valgrind的幾個應(yīng)用場景。

redhat/centos下安裝方法：

03. 使用未初始化的內(nèi)存

程序中我們定義了一個指針p，但并未給他分配空間，但我們卻使用它了。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
char ch;
char *p;

ch = *p;

printf("ch = %c\n", ch);

return 0;
}

valgrind檢測出到我們的程序使用了未初始化的變量。

1579143350462_C++內(nèi)存泄露01.jpg

04. 使用野指針

p所指向的內(nèi)存被釋放了，p變成了野指針，但是我們卻繼續(xù)使用這片內(nèi)存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int *p = NULL;

p = malloc(sizeof(int));
if (NULL == p)
{
printf("malloc failed...\n");
return 1;
}
memset(p, 0, sizeof(int));

*p = 88;

printf("*p = %d\n", *p);

//釋放內(nèi)存
free(p);

printf("*p = %d\n", *p);

return 0;
}

valgrind檢測到我們使用了已經(jīng)free的內(nèi)存，并給出這片內(nèi)存是哪里分配和哪里釋放的。

1579143360325_C++內(nèi)存泄露02.jpg

05. 動態(tài)內(nèi)存越界訪問

我們動態(tài)地分配了一片連續(xù)的存儲空間，但我們在訪問個數(shù)組時發(fā)生了越界訪問。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int i = 0;
int *p = NULL;

p = malloc(5 * sizeof(int));
if (NULL == p)
{
printf("malloc failed...\n");
return 1;
}
memset(p, 0, 10 * sizeof(int));

for (int i = 0; i <= 5; i++)
{
p[i] = i + 1;
}

for (int i = 0; i <= 5; i++)
{
printf("p[%d]: %d\n", i, p[i]);
}

return 0;
}

valgrind檢測出越界信息如下。

1579143369216_C++內(nèi)存泄露03.jpg

注意：

valgrind不檢查非動態(tài)分配數(shù)組的使用情況。

06. 分配空間后沒有釋放

內(nèi)存泄漏的原因在于我們使用free或者new分配空間之后，沒有使用free或者delete釋放內(nèi)存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int *p = NULL;

p = malloc(sizeof(int));

*p = 88;

printf("*p = %d\n", *p);

return 0;
}

valgrind的記錄顯示上面的程序用了1次malloc，卻調(diào)用了0次free。

1579143379144_C++內(nèi)存泄露04.jpg

可以使用--leak-check=full進(jìn)一步獲取內(nèi)存泄漏的信息，比如malloc具體行號。

1579143388901_C++內(nèi)存泄露05.jpg

07. 不匹配使用delete或者free

一般我們使用malloc分配的空間，必須使用free釋放內(nèi)存。使用new分配的空間，使用delete釋放內(nèi)存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int *p = NULL;

p = (int *)malloc(sizeof(int));

*p = 88;

printf("*p = %d\n", *p);

delete p;

return 0;
}

不匹配地使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[]則會被提示mismacth

1579143403216_C++內(nèi)存泄露06.jpg

08. 兩次釋放同一塊內(nèi)存

一般情況下，內(nèi)存分配一次，只釋放一次。如果多次釋放，可能會出現(xiàn)double free。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int *p = NULL;

p = (int *)malloc(sizeof(int));

*p = 88;

printf("*p = %d\n", *p);

free p;
free p;

return 0;
}

多次釋放同一內(nèi)存，出現(xiàn)非法釋放內(nèi)存。

1579143411187_C++內(nèi)存泄露07.jpg

09. 總結(jié)

內(nèi)存泄露問題非常難定位，對于小工程項目來說，簡單去檢查代碼中new和delete的匹配對數(shù)就基本能定位到問題，但是一旦代碼量上升到以萬單位時，僅靠肉眼檢查來定位問題那就非常困難了，所以我們需要利用工具幫助我們找出問題所在。在Linux系統(tǒng)下內(nèi)存檢測工具首推Valgrind，一款非常好用的開源內(nèi)存管理工具。Valgrind其實是一個工具集，內(nèi)存錯誤檢測只是它眾多功能的一個，但我們用得最多的功能正是它——memcheck。推薦了解黑馬程序員C++培訓(xùn)課程。

總之，valgrind工具可以檢測下列與內(nèi)存相關(guān)的問題 :

· 未釋放內(nèi)存的使用

· 對釋放后內(nèi)存的讀/寫

· 對已分配內(nèi)存塊尾部的讀/寫

· 內(nèi)存泄露

· 不匹配的使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[]

· 重復(fù)釋放內(nèi)存

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