【Tools】Linux下C和C++程序中内存泄露检测
00. 目录
文章目录
- 00. 目录
- 01. 前言
- 02. valgrind安装
- 03. 使用未初始化的内存
- 04. 使用野指针
- 05. 动态内存越界访问
- 06. 分配空间后没有释放
- 07. 不匹配使用delete或者free
- 08. 两次释放同一块内存
- 09. 总结
- 10. 附录
01. 前言
C/C++运行高效,不管是操作系统内核还是对性有要求的程序(比如游戏引擎)都要求使用C/C++来编写,其实C/C++强大的一点在于能够使用指针自由地控制内存的使用,适时的申请内存和释放内存,从而做到其他编程语言做不到的高效地运行。但是内存管理是一把双刃剑,用好了削铁如泥,用不好自断一臂。在申请堆上内存使用完之后中如果做不到适时有效的释放,那么就会造成内存泄露,久而久之程序就会将系统内存耗尽,导致系统运行出问题。就如同你每天跑去图书馆借一打书籍而不还,直到图书馆倒闭为止。
C语言中申请内存和释放内存的方法是使用 malloc和free。
C++中能兼容C,所以也能使用malloc和free,面向对象的情况下使用的则是new和delete,能够自动执行构造函数和析构函数。
在Linux平台,我们可以使用valgrind命令检测C/C++程序是否内存泄露。
02. valgrind安装
debian/ubuntu下安装方法:
deng@itcast:~$ sudo apt install valgrind
redhat/centos下安装方法:
deng@itcast:~$ sudo yum install valgrind
安装好valgrind工具之后,下面来看看valgrind的几个应用场景。
03. 使用未初始化的内存
程序中我们定义了一个指针p,但并未给他分配空间,但我们却使用它了。
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检测出到我们的程序使用了未初始化的变量。
04. 使用野指针
p所指向的内存被释放了,p变成了野指针,但是我们却继续使用这片内存。
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); //释放内存 free(p); printf("*p = %d\n", *p); return 0; }
valgrind检测到我们使用了已经free的内存,并给出这片内存是哪里分配和哪里释放的。
05. 动态内存越界访问
我们动态地分配了一片连续的存储空间,但我们在访问个数组时发生了越界访问。
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检测出越界信息如下。
注意:
valgrind不检查非动态分配数组的使用情况。
06. 分配空间后没有释放
内存泄漏的原因在于我们使用free或者new分配空间之后,没有使用free或者delete释放内存。
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的记录显示上面的程序用了1次malloc,却调用了0次free。
可以使用–leak-check=full进一步获取内存泄漏的信息,比如malloc具体行号。
07. 不匹配使用delete或者free
一般我们使用malloc分配的空间,必须使用free释放内存。使用new分配的空间,使用delete释放内存。
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[]则会被提示mismacth
08. 两次释放同一块内存
一般情况下,内存分配一次,只释放一次。如果多次释放,可能会出现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; }
多次释放同一内存,出现非法释放内存。
09. 总结
内存泄露问题非常难定位,对于小工程项目来说,简单去检查代码中new和delete的匹配对数就基本能定位到问题,但是一旦代码量上升到以万单位时,仅靠肉眼检查来定位问题那就非常困难了,所以我们需要利用工具帮助我们找出问题所在。在Linux系统下内存检测工具首推Valgrind,一款非常好用的开源内存管理工具。Valgrind其实是一个工具集,内存错误检测只是它众多功能的一个,但我们用得最多的功能正是它——memcheck。
总之,valgrind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
10. 附录
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