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Linux下C和C++程序中內存泄露檢測

更新時間:2020年04月04日 23時31分42秒 來源:黑馬程序員

01. 前言

C/C++運行高效,不管是操作系統內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存的使用,適時的申請內存和釋放內存,從而做到其他編程語言做不到的高效地運行。但是內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,那么就會造成內存泄露,久而久之程序就會將系統內存耗盡,導致系統運行出問題。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語言中申請內存和釋放內存的方法是使用 malloc和free。

C++中能兼容C,所以也能使用malloc和free,面向對象的情況下使用的則是new和delete,能夠自動執行構造函數和析構函數。

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

 

02. valgrind安裝

debian/ubuntu下安裝方法:

 [email protected]:~$ sudo apt install valgrind
 [email protected]:~$ sudo yum install valgrind


安裝好valgrind工具之后,下面來看看valgrind的幾個應用場景。

redhat/centos下安裝方法:


03. 使用未初始化的內存

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++內存泄露01.jpg


04. 使用野指針

p所指向的內存被釋放了,p變成了野指針,但是我們卻繼續使用這片內存。

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);
 
     //釋放內存
     free(p);
 
     printf("*p = %d\n", *p);
 
     return 0;
 }

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

1579143360325_C++內存泄露02.jpg


05. 動態內存越界訪問

我們動態地分配了一片連續的存儲空間,但我們在訪問個數組時發生了越界訪問。

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++內存泄露03.jpg



注意:

valgrind不檢查非動態分配數組的使用情況。


06. 分配空間后沒有釋放

內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,卻調用了0次free。


1579143379144_C++內存泄露04.jpg

可以使用--leak-check=full進一步獲取內存泄漏的信息,比如malloc具體行號。

 

1579143388901_C++內存泄露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釋放內存。使用new分配的空間,使用delete釋放內存。

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++內存泄露06.jpg


08. 兩次釋放同一塊內存

一般情況下,內存分配一次,只釋放一次。如果多次釋放,可能會出現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;
 }

多次釋放同一內存,出現非法釋放內存。

1579143411187_C++內存泄露07.jpg


09. 總結

內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系統下內存檢測工具首推Valgrind,一款非常好用的開源內存管理工具。Valgrind其實是一個工具集,內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++培訓課程。

總之,valgrind工具可以檢測下列與內存相關的問題 :

· 未釋放內存的使用

· 對釋放后內存的讀/寫

· 對已分配內存塊尾部的讀/寫

· 內存泄露

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

· 重復釋放內存

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