C++中关于Crt的内存泄漏检测的分析介绍

2020-01-26 16:18:54

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供稿：网友

尽管这个概念已经让人说滥了，还是想简单记录一下，以备以后查询。

#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[])
{
    char* p = new char();
    char* pp = new char[10];
    char* ppp = (char*)malloc(10);

_CrtDumpMemoryLeaks();

return 0;
}

主要原理是运用Crt 的内存调试功能, 通过宏替代默认的operator new, 让它被下面版本替代:

复制代码代码如下:

void *__CRTDECL operator new(
        size_t cb,
        int nBlockUse,
        const char * szFileName,
        int nLine
        )
        _THROW1(_STD bad_alloc)
{
    /* _nh_malloc_dbg already calls _heap_alloc_dbg in a loop and calls _callnewh
       if the allocation fails. If _callnewh returns (very likely because no
       new handlers have been installed by the user), _nh_malloc_dbg returns NULL.
     */
    void *res = _nh_malloc_dbg( cb, 1, nBlockUse, szFileName, nLine );

RTCCALLBACK(_RTC_Allocate_hook, (res, cb, 0));

    /* if the allocation fails, we throw std::bad_alloc */
    if (res == 0)
    {
        static const std::bad_alloc nomem;
        _RAISE(nomem);
    }

return res;
}

这样Crt会把此次分配内存的文件名和行号以及大小等记录下来，最后当调用用_CrtDumpMemoryLeaks(); 时如果还没释放就会打印出来。
结果如下:

复制代码代码如下:

Detected memory leaks!
Dumping objects ->
f:/test/memleakchecker/memleakchecker/memleakchecker.cpp(23) : {108} normal block at 0x0003A1A8, 10 bytes long.
 Data: <          > CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD 
f:/test/memleakchecker/memleakchecker/memleakchecker.cpp(22) : {107} client block at 0x0003A160, subtype 0, 10 bytes long.
 Data: <          > CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD 
f:/test/memleakchecker/memleakchecker/memleakchecker.cpp(21) : {106} client block at 0x0003A120, subtype 0, 1 bytes long.
 Data: < > 00 
Object dump complete.

下面是一些注意事项：
（1） #define _CRTDBG_MAP_ALLOC 的作用
如果不定义这个宏， C方式的malloc泄露不会被记录下来。

（2）数字{108} {107}的作用
表示第几次分配，你可以通过_CrtSetBreakAlloc程序运行到预定次数时暂停，比如

复制代码代码如下:

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
_CrtSetBreakAlloc(108);

    char* p = new char();
    char* pp = new char[10];
    char* ppp = (char*)malloc(10);

_CrtDumpMemoryLeaks();

return 0;
}

（3）如果程序有多个出口或是有涉及到全局变量，可以通过_CrtSetDbgFlag 设置标志让程序退出时自动打印泄露，比如

复制代码代码如下:

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
_CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );

    char* p = new char();
    char* pp = new char[10];
    char* ppp = (char*)malloc(10);

return 0;
}

（4）我们知道宏替代是最粗暴的方式，所以尽量把下面new的替代宏放到每个Cpp里而不是放到一个通用的头文件中，实际上MFC也是这么做的

复制代码代码如下:

#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif

（5）上面的operator new只能照顾到最普通的new, 实际上operator new是有任意多种重载方式，只需要确保第一个参数是表示大小。比如下面的placement new就会编译失败，因为宏替代后格式不符合要求了，所以如果你的CPP用了非标准的new, 就不要加入new的检测宏了。

复制代码代码如下:

#include <new>

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
_CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );

    char* p = new char();
    char* pp = new char[10];
    char* ppp = (char*)malloc(10);

char d;
char* p1 = new(&d) char('a');

return 0;
}

（6）因为STL里map内的tree用到了placement new, 所以如果你这样用会编译失败：

复制代码代码如下:

#include <map>

你应该把 #include <map>放到宏定义的前面。

（7）如果你在宏 #define new DEBUG_CLIENTBLOCK 之后再声明或定义 operator new函数，都会因为宏替代而编译失败。
而STL的xdebug文件恰恰申明了operator new函数，所以请确保new的替代宏放在所有include头文件的最后，尤其要放在STL头文件的后面。

复制代码代码如下:

//MyClass.cpp
#include "myclass.h"
#include <map>
#include <algorithm>

#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_CLIENTBLOCK
#endif

MyClass::MyClass()
{
char* p = new char('a');
}

(8)如果你觉得上面的这种new替代宏分散在各个CPP里太麻烦，想把所有的东西放到一个通用头文件里，请参考下面定义的方式:

复制代码代码如下:

//MemLeakChecker.h
#include <map>
#include <algorithm>
//other STL file

（9）简单判断某个独立函数有没有内存泄露可以用下面的方法:

复制代码代码如下:

class DbgMemLeak
{
_CrtMemState m_checkpoint;

public:
    explicit DbgMemLeak()
    {
        _CrtMemCheckpoint(&m_checkpoint);
    };

    ~DbgMemLeak()
    {
        _CrtMemState checkpoint;
        _CrtMemCheckpoint(&checkpoint);
        _CrtMemState diff;
        _CrtMemDifference(&diff, &m_checkpoint, &checkpoint);
        _CrtMemDumpStatistics(&diff);
        _CrtMemDumpAllObjectsSince(&diff);
    };
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    DbgMemLeak check;
    {
        char* p = new char();
        char* pp = new char[10];
        char* ppp = (char*)malloc(10);
    }

return 0;
}

(10) 其实知道了原理, 自己写一套C++内存泄露检测也不难, 主要是重载operator new和operator delete, 可以把每次内存分配情况都记录在一个Map里， delete时删除记录，最后程序退出时把map里没有delete的打印出来。当然我们知道Crt在实现new时一般实际上调的是malloc, 而malloc可能又是调HeapAlloc，而HeapAlloc可能又是调用RtlAllocateHeap，所以理论上我们可以在这些函数的任意一层拦截和记录。但是如果你要实现自己的跨平台内存泄露检测，还是重载operator new吧。

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