检测内存泄露的方法

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C/C++ 编程语言的最强大功能之一便是其动态分配和释放内存，但是中国有句古话：“最大的长处也可能成为最大的弱点”，那么 C/C++ 应用程序正好印证了这句话。在 C/C++ 应用程序开发过程中，动态分配的内存处理不当是最常见的问题。其中，最难捉摸也最难检测的错误之一就是内存泄漏，即未能正确释放以前分配的内存的错误。偶尔发生的少量内存泄漏可能不会引起我们的注意，但泄漏大量内存的程序或泄漏日益增多的程序可能会表现出各种 各样的征兆：从性能不良（并且逐渐降低）到内存完全耗尽。更糟的是，泄漏的程序可能会用掉太多内存，导致另外一个程序垮掉，而使用户无从查找问题的真正根源。此外，即使无害的内存泄漏也可能殃及池鱼。

　　幸运的是，Visual Studio 调试器和 C 运行时 (CRT) 库为我们提供了检测和识别内存泄漏的有效方法。下面请和我一起分享收获——如何使用 CRT 调试功能来检测内存泄漏？

一、如何启用内存泄漏检测机制

　　VC++ IDE 的默认状态是没有启用内存泄漏检测机制的，也就是说即使某段代码有内存泄漏，调试会话的 Output 窗口的 Debug 页不会输出有关内存泄漏信息。你必须设定两个最基本的机关来启用内存泄漏检测机制。

　　一是使用调试堆函数：


#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include<stdlib.h>

#include<crtdbg.h>


　　注意：#include 语句的顺序。如果更改此顺序，所使用的函数可能无法正确工作。

　　通过包含 crtdbg.h 头文件，可以将 malloc 和 free 函数映射到其“调试”版本 _malloc_dbg 和 _free_dbg，这些函数会跟踪内存分配和释放。此映射只在调试（Debug）版本（也就是要定义 _DEBUG）中有效。发行版本（Release）使用普通的 malloc 和 free 函数。#define 语句将 CRT 堆函数的基础版本映射到对应的“调试”版本。该语句不是必须的，但如果没有该语句，那么有关内存泄漏的信息会不全。

　　二是在需要检测内存泄漏的地方添加下面这条语句来输出内存泄漏信息：

_CrtDumpMemoryLeaks();


　　当在调试器下运行程序时，_CrtDumpMemoryLeaks 将在 Output 窗口的 Debug 页中显示内存泄漏信息。比如： Detected memory leaks!


Dumping objects ->

C:\Temp\memleak\memleak.cpp(15) : {45} normal block at 0x00441BA0, 2 bytes long.

Data: <AB> 41 42



c:\program files\microsoft visual studio\vc98\include\crtdbg.h(552) : {44} normal
block at 0x00441BD0, 33 bytes long.

Data: < C > 00 43 00 CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD



c:\program files\microsoft visual studio\vc98\include\crtdbg.h(552) : {43} normal
block at 0x00441C20, 40 bytes long.

Data: < C > 08 02 43 00 16 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00



Object dump complete.



　　如果不使用 #define _CRTDBG_MAP_ALLOC 语句，内存泄漏的输出是这样的：


Detected memory leaks!

Dumping objects ->

{45} normal block at 0x00441BA0, 2 bytes long.
Data: <AB> 41 42

{44} normal block at 0x00441BD0, 33 bytes long.
Data: < C > 00 43 00 CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD

{43} normal block at 0x00441C20, 40 bytes long.
Data: < C > C0 01 43 00 16 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

Object dump complete.



　　根据这段输出信息，你无法知道在哪个源程序文件里发生了内存泄漏。下面我们来研究一下输出信息的格式。第一行和第二行没有什么可说的，从第三行开始：


xx}：花括弧内的数字是内存分配序号，本文例子中是 {45}，{44}，{43}；
block：内存块的类型，常用的有三种：normal（普通）、client（客户端）或 CRT（运行时）；本文例子中是：normal block；
用十六进制格式表示的内存位置，如：at 0x00441BA0 等；
以字节为单位表示的内存块的大小，如：32 bytes long；
前 16 字节的内容（也是用十六进制格式表示），如：Data: 41 42 等；


　　仔细观察不难发现，如果定义了 _CRTDBG_MAP_ALLOC ，那么在内存分配序号前面还会显示在其中分配泄漏内存的文件名，以及文件名后括号中的数字表示发生泄漏的代码行号，比如：


C:\Temp\memleak\memleak.cpp(15)


　　双击 Output 窗口中此文件名所在的输出行，便可跳到源程序文件分配该内存的代码行（也可以选中该行，然后按 F4，效果一样） ，这样一来我们就很容易定位内存泄漏是在哪里发生的了，因此，_CRTDBG_MAP_ALLOC 的作用显而易见。

使用 _CrtSetDbgFlag
　　如果程序只有一个出口，那么调用 _CrtDumpMemoryLeaks 的位置是很容易选择的。但是，如果程序可能会在多个地方退出该怎么办呢？在每一个可能的出口处调用 _CrtDumpMemoryLeaks 肯定是不可取的，那么这时可以在程序开始处包含下面的调用：_CrtSetDbgFlag ( _CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF );这条语句无论程序在什么地方退出都会自动调用 _CrtDumpMemoryLeaks。注意：这里必须同时设置两个位域标志：_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF 和 _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF。

设置 CRT 报告模式
　　默认情况下，_CrtDumpMemoryLeaks 将内存泄漏信息 dump 到 Output 窗口的 Debug 页， 如果你想将这个输出定向到别的地方，可以使用 _CrtSetReportMode 进行重置。如果你使用某个库，它可能将输出定向到另一位置。此时，只要使用以下语句将输出位置设回 Output 窗口即可：


_CrtSetReportMode( _CRT_ERROR, _CRTDBG_MODE_DEBUG );

　　有关使用 _CrtSetReportMode 的详细信息，请参考 MSDN 库关于 _CrtSetReportMode 的描述。

Visual Leak Detector是一款用于Visual C++的免费的内存泄露检测工具。可以在http://www.codeproject.com/tools/visualleakdetector.asp 下载到。相比较其它的内存泄露检测工具，它在检测到内存泄漏的同时，还具有如下特点：

1、  可以得到内存泄漏点的调用堆栈，如果可以的话，还可以得到其所在文件及行号；

2、  可以得到泄露内存的完整数据；

3、  可以设置内存泄露报告的级别；

4、  它是一个已经打包的lib，使用时无须编译它的源代码。而对于使用者自己的代码，也只需要做很小的改动；

5、  他的源代码使用GNU许可发布，并有详尽的文档及注释。对于想深入了解堆内存管理的读者，是一个不错的选择。

       

       可见，从使用角度来讲，Visual Leak Detector简单易用，对于使用者自己的代码，唯一的修改是#include Visual Leak Detector的头文件后正常运行自己的程序，就可以发现内存问题。从研究的角度来讲，如果深入Visual Leak Detector源代码，可以学习到堆内存分配与释放的原理、内存泄漏检测的原理及内存操作的常用技巧等。

下面让我们来介绍如何使用这个小巧的工具。

       首先从网站上下载zip包，解压之后得到vld.h, vldapi.h, vld.lib, vldmt.lib, vldmtdll.lib, dbghelp.dll等文件。将.h文件拷贝到Visual C++的默认include目录下，将.lib文件拷贝到Visual C++的默认lib目录下，便安装完成了。因为版本问题，如果使用windows 2000或者以前的版本，需要将dbghelp.dll拷贝到你的程序的运行目录下，或其他可以引用到的目录。

       接下来需要将其加入到自己的代码中。方法很简单，只要在包含入口函数的.cpp文件中包含vld.h就可以。如果这个cpp文件包含了stdafx.h，则将包含vld.h的语句放在stdafx.h的包含语句之后，否则放在最前面。如下是一个示例程序：

#include <vld.h>

void main()

{

…

}

       接下来让我们来演示如何使用Visual Leak Detector检测内存泄漏。下面是一个简单的程序，用new分配了一个int大小的堆内存，并没有释放。其申请的内存地址用printf输出到屏幕上。

#include <vld.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

void f()

{

    int *p = new int(0x12345678);

    printf("p=%08x, ", p);

}

void main()

{

    f();

}

编译运行后，在标准输出窗口得到：

p=003a89c0

在Visual C++的Output窗口得到：

WARNING: Visual Leak Detector detected memory leaks!

---------- Block 57 at 0x003A89C0: 4 bytes ----------  --57号块0x003A89C0地址泄漏了4个字节

  Call Stack:                                               --下面是调用堆栈

    d:\test\testvldconsole\testvldconsole\main.cpp (7): f  --表示在main.cpp第7行的f()函数

    d:\test\testvldconsole\testvldconsole\main.cpp (14): main –双击以引导至对应代码处

    f:\rtm\vctools\crt_bld\self_x86\crt\src\crtexe.c (586): __tmainCRTStartup

    f:\rtm\vctools\crt_bld\self_x86\crt\src\crtexe.c (403): mainCRTStartup

    0x7C816D4F (File and line number not available): RegisterWaitForInputIdle

  Data:                                   --这是泄漏内存的内容，0x12345678

    78 56 34 12                                                  xV4..... ........

Visual Leak Detector detected 1 memory leak.    

第二行表示57号块有4字节的内存泄漏，地址为0x003A89C0，根据程序控制台的输出，可以知道，该地址为指针p。程序的第7行，f()函数里，在该地址处分配了4字节的堆内存空间，并赋值为0x12345678，这样在报告中，我们看到了这4字节同样的内容。

可以看出，对于每一个内存泄漏，这个报告列出了它的泄漏点、长度、分配该内存时的调用堆栈、和泄露内存的内容（分别以16进制和文本格式列出）。双击该堆栈报告的某一行，会自动在代码编辑器中跳到其所指文件的对应行。这些信息对于我们查找内存泄露将有很大的帮助。

这是一个很方便易用的工具，安装后每次使用时，仅仅需要将它头文件包含进来重新build就可以。而且，该工具仅在build Debug版的时候会连接到你的程序中，如果build Release版，该工具不会对你的程序产生任何性能等方面影响。所以尽可以将其头文件一直包含在你的源代码中。