C++内存错误检测工具

简介
1）开发时，该如何尽力避免内存错误的发生；
2）开发后，该如何去确定真的没有问题；

相关内容
1）内存使用方式简介；
2）使用智能指针降低内存泄露的风险；
3）windows上，使用Visual Studio做内存错误检测；
4）Linux上，使用Valgrind做内存错误检测；

问题引出
昨天遇到了一个大牛，学到了不少东西。其中一些东西就是关于内存泄露的。对话大概是这样的。
大牛:”你怎么保证自己的代码没有内存泄露。”
我:”!@#$%^&*!(大概说的是，只要注意一点，不会出现的)”
大牛:”呵呵，你用什么证明。”

一、内存使用方式简介
1、代码段：只读数据；

2、数据段/BSS段：如果没有显式初始化，会被初始化为零；

3、栈空间数据：
一般指局部变量。这类变量若未初始化，则会被赋予随机的初值。
如果在栈中申请过大的局部变量，会出现栈溢出。

4、堆空间数据：
出现内存错误的情况可以有两种：
1）申请了一块内存，但未释放，俗称内存泄露；
2）对于同一块内存，释放了多次；

5、其它
1）野指针：一般指未初始化或已释放的指针。若去访问这个指针，将出错；
2）越界访问：通常在使用数组时被强调；
3）只读的数据和资源：如果去写了，也就错了；
4）访问超出控制范围的内存：比如先保存一个局部变量的地址，超出它的作用域之后，又去访问这个地址；

二、使用智能指针降低内存泄露的风险
有人说，”如果可以，尽量使用智能指针。”也有人说，”如果项目的大多数代码都用的指针，那就别用智能指针，不然显得乱。”

在可以使用智能指针的场景中，智能指针需要尽可能的替代指针的存在。

以shared_ptr<Type>为例，Type * ptr  =>  shared_ptr<Type> ptrnew Type()  =>  make_shared<Type>()delete ptr  =>  智能指针会自动释放

三、windows上，使用Visual Studio做内存错误检测
当一个观点无法被直接证明的时候，我们可以采用旁证，即借助大家都相信的东西来间接证明。在内存错误方面，我们可以使用第三方工具来进行检测。

在windows上，Visual Studio是最常用的开发工具，也可以用来检测内存错误。它提供的功能有很多，都可以在crtdbg.h文件中找到。

最简单直接的一种使用方式，是将内存泄露的代码位置打印出来。
具体方法，就是在代码前加几行代码，像这样：

#include <crtdbg.h>#define new new(_NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)static int tmp = _CrtSetDbgFlag( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );

假设测试代码如下：

#ifdef _MSC_VER#ifdef _DEBUG#include <crtdbg.h>#define new new(_NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)static int tmp = _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);#endif#endifint main(){    char * ptr = new char;      return 0;}

以debug模式编译运行后，在输出窗口可以看到：

Detected memory leaks!Dumping objects ->xxx\main.cpp(14) : {75} normal block at 0x0102AFD8, 1 bytes long. Data: < > CD Object dump complete.

或者可以用另一种写法，在这里可以看到。大体上是一样的，只是做了一些处理，方便使用。

四、Linux上，使用Valgrind做内存错误检测
如果不使用第三方工具，g++本身其实也可以做很多内存错误方面的检测工作。只需要在编译时，加入-Wall选项，它就会尽可能的打印出警告信息。这其中就包含了很多内存错误的警告。

再回到使用第三方工具的话题。在Linux上，可以使用Valgrind做内存错误检测。老样子，先从简单的用法开始。可以像这样：

sudo apt-get install valgrindvalgrind --tool=memcheck --show-reachable=yes --read-var-info=yes \--verbose --time-stamp=yes --leak-check=full --log-file=logfile.log <debug编译的可执行文件>

执行过后，我们可以再logfile.log里查看内存错误检测结果。查阅时，可以先搜索关键字ERROR。这样可以很快的定位到相关信息，包括错误代码位置，错误原因等。

上面的命令包含三个部分，即valgrind，一系列选项，可执行文件。首先需要注意的是，这个可执行文件是debug模式编译的。如：

g++ -o test test.cpp -Wall -g

然后是这些选项，这里给出的并不全，但可用。

1. --tool=<toolname> [default: memcheck]    valgrind是一套工具的集合，memcheck是较为常用的一个，作为默认选择；2. --show-reachable=yes    对于控制范围之外的内存泄漏也进行检测，如全局指针、static指针等；3. --read-var-info=yes    应用程序会变慢，但是能给出更多的错误细节；4. --verbose    打印更详细的信息；5. --time-stamp=yes    顾名思义，显示时间戳；6. --leak-check=full    展示内存泄露的细节，比如在代码中的位置；7. --log-file=logfile.log    将valgrind的打印信息输出到指定文件中，否则在直接标准输出；

五、说明
若有兴趣，可以看看下面的地址。里面的代码可以作为备用组件。
https://github.com/Jiacheng03/MemLeakDetector