如何使用Valgrind memcheck工具进行C/C++的内存泄漏检测

英文原文：How to Detect Memory Leaks Using Valgrind memcheck Tool for C / C++

系统编程中一个重要的方面就是有效地处理与内存相关的问题。你的工作越接近系统，你就需要面对越多的内存问题。有时这些问题非常琐碎，而更多时候它会演变成一个调试内存问题的恶梦。所以，在实践中会用到很多工具来调试内存问题。 在本文中，我们将讨论最流行的开源内存管理框架 VALGRIND。 摘自 Valgrind.org： Valgrind是用于构建动态分析工具的探测框架。它包括一个工具集，每个工具执行某种类型的调试、分析或类似的任务，以帮助完善你的程序。Valgrind的架构是模块化的，所以可以容易地创建新的工具而又不会扰乱现有的结构。

许多有用的工具被作为标准而提供。 Memcheck是一个内存错误检测器。它有助于使你的程序，尤其是那些用C和C++写的程序，更加准确。 Cachegrind是一个缓存和分支预测分析器。它有助于使你的程序运行更快。 Callgrind是一个调用图缓存生成分析器。它与Cachegrind的功能有重叠，但也收集Cachegrind不收集的一些信息。 Helgrind是一个线程错误检测器。它有助于使你的多线程程序更加准确。 DRD也是一个线程错误检测器。它和Helgrind相似，但使用不同的分析技术，所以可能找到不同的问题。 Massif是一个堆分析器。它有助于使你的程序使用更少的内存。 DHAT是另一种不同的堆分析器。它有助于理解块的生命期、块的使用和布局的低效等问题。 SGcheck是一个实验工具，用来检测堆和全局数组的溢出。它的功能和Memcheck互补：SGcheck找到Memcheck无法找到的问题，反之亦然。 BBV是个实验性质的SimPoint基本块矢量生成器。它对于进行计算机架构的研究和开发很有用处。 也有一些对大多数用户没有用的小工具：Lackey是演示仪器基础的示例工具；Nulgrind是一个最小化的Valgrind工具，不做分析或者操作，仅用于测试目的。 在这篇文章我们将关注“memcheck”工具。

使用 Valgrind Memcheck memcheck工具的使用方式如下: ? 从上面的命令可以清楚的看到, 主要的命令是valgrind，而我们想使用的工具是通过'-tool'选项来指定的. 上面的‘a.out’指的是我们想使用memcheck运行的可执行文件. 该工具可以检测下列与内存相关的问题 : 未释放内存的使用 对释放后内存的读/写 对已分配内存块尾部的读/写 内存泄露 不匹配的使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[] 重复释放内存 注意: 上面列出的并不很全面，但却包含了能被该工具检测到的很多普遍的问题. 让我们一个一个地对上面的场景进行讨论: 注意: 下面讨论的所有测试代码都应该使用gcc并且加上-g选项(用来在memcheck的输出中生成行号)进行编译. 就想我们之前讨论过的 C程序被编译成可执行文件, 它需要经历四个不同的阶段.

1. 使用未初始化的内存 Code : ? 在上面的代码中，我们尝试使用未初始化的指针 ‘p’. 让我们运行Memcheck来看下结果. ? 从上面的输出可以看到,Valgrind检测到了未初始化的变量，然后给出了警告(上面加粗的几行(译者注：貌似上面没有加粗的)). 2. 在内存被释放后进行读/写 Code : ? 上面的代码中，我们有一个释放了内存的指针 ‘p’ 然后我们又尝试利用指针获取值. 让我们运行memcheck来看一下Valgrind对这种情况是如何反应的. ? 从上面的输出内容可以看到，Valgrind检测到了无效的读取操作然后输出了警告 ‘Invalid read of size 1′. 另注,使用gdb来调试c程序. 3. 从已分配内存块的尾部进行读/写 Code : ? 在上面的代码中，我们已经为‘p’分配了一个字节的内存,但我们在将值读取到 ‘c’中的时候使用的是地址p+1. 现在我们使用Valgrind运行上面的代码 : ? 同样，该工具在这种情况下也检测到了无效的读取操作. 4. 内存泄露 Code: ? 在这次的代码中, 我们申请了一个字节但是没有将它释放.现在让我们运行Valgrind看看会发生什么： ? 输出行(上面加粗的部分)显示，该工具能够检测到内存的泄露. 注意: 在这里我们增加了一个选项‘–leak-check=full’来得到内存泄露的详细细节.

5. 不匹配地使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[] Code: ? 上面的代码中，我们使用了malloc()来分配内存，但是使用了delete操作符来删除内存. 注意 : 使用g++来编译上面的代码，因为delete操作符是在C++中引进的，而要编译C++需要使用g++. 让我们运行来看一下 : ? 从上面的输出可以看到 (加粗的行), Valgrind清楚的说明了‘不匹配的使用了free() / delete / delete []‘ 你可以尝试在测试代码中使用'new'和'free'进行组合来看看Valgrind给出的结果是什么.

6. 两次释放内存

Code :

?
在上面的代码中, 我们两次释放了'p'指向的内存. 现在让我们运行memcheck :

?
从上面的输出可以看到(加粗的行), 该功能检测到我们对同一个指针调用了两次释放内存操作.

在本文中，我们把注意力放在了内存管理框架Valgrind，然后使用memcheck(Valgrind框架提供的)工具来了解它是如何降低需要经常操作内存的程序员的负担的. 该工具能够检测到很多手动检测不到的与内存相关的问题