linux中内存泄漏的检测(四)记录泄漏的大小
来源:互联网 发布:淘宝客服规范用语 编辑:程序博客网 时间:2024/05/23 00:27
《linux中内存泄漏的检测(三)定制化的new/delete》讲到,利用C++的函数重载的特性,使C++的代码,也能方便地为new/delete加上用于检测内存泄漏的统计代码。然而,也因此引入的新的问题。
目前的统计方式仅仅统计申请/释放内存的次数,并没有统计每次申请/释放内存的大小。
这种方法对于C来说是够用了,因为在C中申请和释放的大小是相同的,而在C++中就不一定了。
考虑以下两种情况:
(1)申请了子类的空间却只释放了父类的空间
father *pF = new son;delete pF;
构造子类的时候申请的是子类所需大小的空间,然后先初始化父类的成员,再初始化子类的成员。
析构的时候,由于是父类的指针,只调用父类的析构函数并释放父类所占的空间。
不是说多态吗?既然pF指针子类,为什么不调用子类的析构函数?
因为多态的前提是虚函数。
正常情况下类的析构函数都应该写成虚函数,如果忘了,就有可能造成内存泄漏。
(2)申请了一个数组的空间却只释放第一项元素的空间
class A *pA = new class[5];delete pA;
也不是所有这样的情况都会导致内存泄漏,如果class是一个内置类型,像int, char这种,就没有问题。对于内置类型,只能说没有内存泄漏方面,但有可能会有其它未知的潜在问题,所以仍不建议这么写。
在C++中,class就不限于内置类型了,如果是自己定义的类,delete pA只是释放pA所指向的数组的第一项,这样就产生了内存泄漏。
由于以上原因,仅仅统计申请/释放的次数,还不能准确地检测内存泄漏的情况,因此,在申请/释放的同时,还要记录大小。
大家在写代码的时候,有没有产生过这样的疑问,为什么申请内存时要传入所需要申请的内存大小,而释放时不需要说明释放多大的内存?
那是因为在申请时,把所申请的大小记在了某个地方,释放时从对应的对方查出大小。那么记在什么地方呢?
一般有两种方式:
1 非入侵式,内存分配器自行先申请内存(和栈配合使用),用作记录用户层的申请记录(地址,大小)。 用户释放空间时会查找该表,除了知道释放空间大小外还能判断该指针是合法。
2 入侵式,例如用户要申请1byte的内存,而内存分配器会分配5byte的空间(32位),前面4byte用于申请的大小。释放内存时会先向前偏移4个byte找到申请大小,再进行释放。
两种方法各有优缺点,第一种安全,但慢。第二种快但对程序员的指针控制能力要求更高,稍有不慎越界了会对空间信息做成破坏。
我们linux上的gcc/g++编译器默认使用入侵式,为了验证我们找到的地址是否存储了我们想要的数据,我写了这样的测试代码:
#include <iostream>using namespace std;#if(defined(_X86_) && !defined(__x86_64))#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 4#elif defined(__ia64__) || defined(__x86_64)#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 8#endifint main(void){ void * p = NULL; int a = 5, n = 1; while (a--) { p = new char[n]; size_t w = *((size_t*)((char*)p - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE)); cout<<"w = "<< w <<" n = "<<n<<endl; n = n * 10; } return 0;}
这是运行结果:
w = 33 n = 1
w = 33 n = 10
w = 113 n = 100
w = 1009 n = 1000
w = 10017 n = 10000
当我们读取申请到的内存的前面几个字节时,查到的数据与真实申请的数据好像有关系,但是又总是略大一点。这是不是我们要找的数据呢?它和真实申请的大小有什么关系呢?这要从gcc的内存分配策略说起。
假设现在要申请空间大小为n,实际分配的大小为m,我们读取到的值为k
(1)当调用malloc申请n个大小的空间,编译器还会多分配_ALLOCA_S_MARKER_SIZE个字节用于存储这片空间的管理信息。在我所测试的centos 64上这个管理信息一共8个字节,上文提到的申请空间的大小的信息就在其中。那么m=n+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE
(2)为了减少内存碎片,实现申请的大小为一个数的整数倍,在我所测试的centos 64上测得这个数为16,即实际申请的大小为16的倍数。那么m=(n+8-1)&0xFFFFFFF0 + 0x10
(3)为了避免申请过小的内存,有这样一个限定,最小的实际分配空间大小为0x20
m = (n+8-1)&0xFFFFFFF0 + 0x10 if m < 0x20 m = 0x20
(4)因为m一定为16的倍数,所以在二进制中m的最后四位始终为0,并不起作用。因此这4位用于做标准位。于是有k = m + 1
总结m = (n+7)&0xFFFFFFF0 + 0x11 , k = m + 1
为了证明这个结论是正确的,我写了这样的代码:
#include <iostream>using namespace std;#include<assert.h>#include<ctime>#include <stdlib.h>#if(defined(_X86_) && !defined(__x86_64))#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 4#elif defined(__ia64__) || defined(__x86_64)#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 8#endifint main(void){ void * p = NULL; srand(time(0)); int a = 100000; while (a--) { int n = rand() % 10000; p = new char[n]; size_t w = *((size_t*)((char*)p - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE)); if ( n <= 8) n = 9; int n2 = ((n+7) & 0xFFFFFFF0) + 0x11; assert(n2 == w); } return 0;}
实际上我们在统计的时候并不关心调用者申请的大小,而是编译器真正申请和释放的大小,即,代码如下:
#include <iostream>using namespace std;#include <stdio.h>#include <malloc.h>#if(defined(_X86_) && !defined(__x86_64))#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 4#elif defined(__ia64__) || defined(__x86_64)#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 8#endifsize_t count = 0;extern "C"{void* __real_malloc(int c); void * __wrap_malloc(int size){ void *p = __real_malloc(size); size_t w = *((size_t*)((char*)p - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE)) - 1; count += w; cout<<"malloc "<<w<<endl; return p;}void __real_free(void *ptr);void __wrap_free(void *ptr){ size_t w = *((size_t*)((char*)ptr - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE)) - 1; count -= w; cout<<"free "<<w<<endl; __real_free(ptr);}}void *operator new(size_t size){ return malloc(size);}void operator delete(void *ptr){ free(ptr);}int main(void){ count = 0; int *p1 = new int(3); int *p2 = new int(4); cout <<*p1<<' '<<*p2<<endl; delete p1; if(count != 0) cout<<"memory leak!"<<endl; return 0;}
现在我们分别针对以上提到的两种情况测试:
(1)申请了子类的空间却只释放了父类的空间
class father{ int *p1;public: father(){p1 = new int;} ~father(){delete p1;}};class son : public father{ int *p2;public: son(){p2 = new int;} ~son(){delete p2;}};int main(void){ count = 0; father *p = new son; delete p; if(count != 0) cout<<"memory leak!"<<endl; return 0;}
(2)申请了一个数组的空间却只释放第一项元素的空间
class A{ int *p1;public: A(){p1 = new int;} ~A(){delete p1;}};int main(void){ count = 0; A *p = new A[5]; delete p; if(count != 0) cout<<"memory leak!"<<endl; return 0;}
分析:
- 方便性:
- 全面性:
__wrap_malloc
和__wrap_free
链接到一起的文件都起作用,不管是.o、.a或者.so- 准确性:
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