Posted on 2006-04-17 16:09
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10.1內存分配?
??10.1.1?內存分配函數
MFCWin32或者C語言的內存分配API，有四種內存分配API可供使用。
- Win32的堆分配函數
每一個進程都可以使用堆分配函數創建一個私有的堆──調用進程地址空間的一個或者多個頁面。DLL創建的私有堆必定在調用DLL的進程的地址空間內，只能被調用進程訪問。
HeapCreate用來創建堆；HeapAlloc用來從堆中分配一定數量的空間，HeapAlloc分配的內存是不能移動的；HeapSize可以確定從堆中分配的空間的大小；HeapFree用來釋放從堆中分配的空間；HeapDestroy銷毀創建的堆。
- Windows傳統的全局或者局部內存分配函數
由于Win32采用平面內存結構模式，Win32下的全局和局部內存函數除了名字不同外，其他完全相同。任一函數都可以用來分配任意大小的內存（僅僅受可用物理內存的限制）。用法可以和Win16下基本一樣。
Win32下保留這類函數保證了和Win16的兼容。
- C語言的標準內存分配函數
C語言的標準內存分配函數包括以下函數：
malloc，calloc，realloc，free，等。
這些函數最后都映射成堆API函數，所以，malloc分配的內存是不能移動的。這些函數的調式版本為
malloc_dbg，calloc_dbg，realloc_dbg，free_dbg，等。
- Win32的虛擬內存分配函數
虛擬內存API是其他API的基礎。虛擬內存API以頁為最小分配單位，X86上頁長度為4KB，可以用GetSystemInfo函數提取頁長度。虛擬內存分配函數包括以下函數：
- LPVOID VirtualAlloc(LPVOID lpvAddress,
DWORD cbSize,
DWORD fdwAllocationType,
DWORD fdwProtect);
該函數用來分配一定范圍的虛擬頁。參數1指定起始地址；參數2指定分配內存的長度；參數3指定分配方式，取值MEM_COMMINT或者MEM_RESERVE；參數4指定控制訪問本次分配的內存的標識，取值為PAGE_READONLY、PAGE_READWRITE或者PAGE_NOACCESS。
- LPVOID VirtualAllocEx(HANDLE process,
LPVOID lpvAddress,
DWORD cbSize,
DWORD fdwAllocationType,
DWORD fdwProtect);
該函數功能類似于VirtualAlloc，但是允許指定進程process。VirtaulFree、VirtualProtect、VirtualQuery都有對應的擴展函數。
- BOOL VirtualFree(LPVOID lpvAddress,
DWORD dwSize,
DWORD dwFreeType);
該函數用來回收或者釋放分配的虛擬內存。參數1指定希望回收或者釋放內存的基地址；如果是回收，參數2可以指向虛擬地址范圍內的任何地方，如果是釋放，參數2必須是VirtualAlloc返回的地址；參數3指定是否釋放或者回收內存，取值為MEM_DECOMMINT或者MEM_RELEASE。
- BOOL VirtualProtect(LPVOID lpvAddress,
DWORD cbSize,
DWORD fdwNewProtect,
PDWORD pfdwOldProtect);
該函數用來把已經分配的頁改變成保護頁。參數1指定分配頁的基地址；參數2指定保護頁的長度；參數3指定頁的保護屬性，取值PAGE_READ、PAGE_WRITE、PAGE_READWRITE等等；參數4用來返回原來的保護屬性。
- DWORD VirtualQuery(LPCVOID lpAddress,
PMEMORY_BASIC_INFORMATION lpBuffer,
DWORD dwLength
);
該函數用來查詢內存中指定頁的特性。參數1指向希望查詢的虛擬地址；參數2是指向內存基本信息結構的指針；參數3指定查詢的長度。
- BOOL VirtualLock(LPVOID lpAddress,DWORD dwSize);
該函數用來鎖定內存，鎖定的內存頁不能交換到頁文件。參數1指定要鎖定內存的起始地址；參數2指定鎖定的長度。
- BOOL VirtualUnLock(LPVOID lpAddress,DWORD dwSize);
參數1指定要解鎖的內存的起始地址；參數2指定要解鎖的內存的長度。
C++的new 和 delete操作符
MFC定義了兩種作用范圍的new和delete操作符。對于new，不論哪種，參數1類型必須是size_t，且返回void類型指針。
- 全局范圍內的new和delete操作符
原型如下：
void _cdecl ::operator new(size_t nSize);
void __cdecl operator delete(void* p);
調試版本：
void* __cdecl operator new(size_t nSize, int nType,
LPCSTR lpszFileName, int nLine)
- 類定義的new和delete操作符
原型如下：
void* PASCAL classname::operator new(size_t nSize);
void PASCAL classname::operator delete(void* p);
類的operator new操作符是類的靜態成員函數，對該類的對象來說將覆蓋全局的operator new。全局的operator new用來給內部類型對象（如int）、沒有定義operator new操作符的類的對象分配內存。
new操作符被映射成malloc或者malloc_dbg，delete被映射成free或者free_dbg。
10.1.2調試手段
MFC應用程序可以使用C運行庫的調試手段，也可以使用MFC提供的調試手段。兩種調試手段分別論述如下。
-
C運行庫提供和支持的調試功能
C運行庫提供和支持的調試功能如下：
- 調試信息報告函數
用來報告應用程序的調試版本運行時的警告和出錯信息。包括：
_CrtDbgReport 用來報告調試信息；
_CrtSetReportMode 設置是否警告、出錯或者斷言信息；
_CrtSetReportFile 設置是否把調試信息寫入到一個文件。
- 條件驗證或者斷言宏：
斷言宏主要有：
assert 檢驗某個條件是否滿足，不滿足終止程序執行。
驗證函數主要有：
_CrtIsValidHeapPointer 驗證某個指針是否在本地堆中；
_CrtIsValidPointer 驗證指定范圍的內存是否可以讀寫；
_CrtIsMemoryBlock 驗證某個內存塊是否在本地堆中。
- 內存（堆）調試：
malloc_dbg 分配內存時保存有關內存分配的信息，如在什么文件、哪一行分配的內存等。有一系列用來提供內存診斷的函數：
_CrtMemCheckpoint 保存內存快照在一個_CrtMemState結構中；
_CrtMemDifference 比較兩個_CrtMemState；
_CrtMemDumpStatistics 轉儲輸出一_CrtMemState結構的內容；
_CrtMemDumpAllObjectsSince 輸出上次快照或程序開始執行以來在堆中分配的所有對象的信息；
_CrtDumpMemoryLeaks 檢測程序執行以來的內存漏洞，如果有漏洞則輸出所有分配的對象。
2.????? MFC提供的調試手段
MFC在C運行庫提供和支持的調試功能基礎上，設計了一些類、函數等來協助調試。
- MFC的TRACE、ASSERT
ASSERT
使用ASSERT斷言判定程序是否可以繼續執行。
TRACE
使用TRACE宏顯示或者打印調試信息。TRACE是通過函數AfxTrace實現的。由于AfxTrace函數使用了cdecl調用約定，故可以接受個數不定的參數，如同printf函數一樣。它的定義和實現如下：
void AFX_CDECL AfxTrace(LPCTSTR lpszFormat, ...)
{
#ifdef _DEBUG // all AfxTrace output is controlled by afxTraceEnabled
if (!afxTraceEnabled)
return;
#endif
//處理個數不定的參數
va_list args;
va_start(args, lpszFormat);
int nBuf;
TCHAR szBuffer[512];
nBuf = _vstprintf(szBuffer, lpszFormat, args);
ASSERT(nBuf < _countof(szBuffer));
if ((afxTraceFlags & traceMultiApp) && (AfxGetApp() != NULL))
afxDump << AfxGetApp()->m_pszExeName << ": ";
afxDump << szBuffer;
va_end(args);
}
#endif //_DEBUG
在程序源碼中，可以控制是否顯示跟蹤信息，顯示什么跟蹤信息。如果全局變量afxTraceEnabled為TRUE，則TRACE宏可以輸出；否則，沒有TRACE信息被輸出。如果通過afxTraceFlags指定了跟蹤什么消息，則輸出有關跟蹤信息，例如為了指定“Multilple Application Debug”，令AfxTraceFlags|=traceMultiApp。可以跟蹤的信息有：
enum AfxTraceFlags
{
traceMultiApp = 1, // multi-app debugging
traceAppMsg = 2, // main message pump trace (includes DDE)
traceWinMsg = 4, // Windows message tracing
traceCmdRouting = 8, // Windows command routing trace
//(set 4+8 for control notifications)
traceOle = 16, // special OLE callback trace
traceDatabase = 32, // special database trace
traceInternet = 64 // special Internet client trace
};
這樣，應用程序可以在需要的地方指定afxTraceEnabled的值打開或者關閉TRACE開關，指定AfxTraceFlags的值過濾跟蹤信息。
Visual C++提供了一個TRACE工具，也可以用來完成上述功能。
為了顯示消息信息，MFC內部定義了一個AFX_MAP_MESSAG類型的數組allMessages，儲存了Windows消息和消息名映射對。例如：
allMessages[1].nMsg = WM_CREATE,
allMessages[1].lpszMsg = “WM_CREATE”
MFC內部還使用函數_AfxTraceMsg顯示跟蹤消息，它可以接收一個字符串和一個MSG指針，然后，把該字符串和MSG的各個域的信息組合成一個大的字符串并使用AfxTrace顯示出來。
allMessages和函數_AfxTraceMsg的詳細實現可以參見AfxTrace.cpp。
- MFC對象內容轉儲
對象內容轉儲是CObject類提供的功能，所有從它派生的類都可以通過覆蓋虛擬函數DUMP來支持該功能。在講述CObject類時曾提到過。
虛擬函數Dump的定義：
class ClassName : public CObject
{
public:
#ifdef _DEBUG
virtual void Dump( CDumpContext& dc ) const;
#endif
…
};
在使用Dump時，必須給它提供一個CDumpContext類型的參數，該參數指定的對象將負責輸出調試信息。為此，MFC提供了一個預定義的全局CDumpContext對象afxDump，它把調試信息輸送給調試器的調試窗口。從前面AfxTrace的實現可以知道，MFC使用了afxDump輸出跟蹤信息到調試窗口。
CDumpContext類沒有基類，它提供了以文本形式輸出診斷信息的功能。
例如：
CPerson* pMyPerson = new CPerson;
// set some fields of the CPerson object...
//...
// now dump the contents
#ifdef _DEBUG
pMyPerson->Dump( afxDump );
#endif
- MFC對象有效性檢測
對象有效性檢測是CObject類提供的功能，所有從它派生的類都可以通過覆蓋虛擬函數AssertValid來支持該功能。在講述CObject類時曾提到過。
虛擬函數AssertValid的定義：
class ClassName : public CObject
{
public:
#ifdef _DEBUG
virtual void AssertValid( ) const;
#endif
…
};
使用ASSERT_VALID宏判斷一個對象是否有效，該對象的類必須覆蓋了AssertValid函數。形式為：ASSERT_VALID(pObject)。
另外，MFC提供了一些函數來判斷地址是否有效，如：
AfxIsMemoryBlock，AfxIsString，AfxIsValidAddress。
10.1.3內存診斷
MFC使用DEBUG_NEW來跟蹤內存分配時的執行的源碼文件和行數。
把#define new DEBUG_NEW插入到每一個源文件中，這樣，調試版本就使用_malloc_dbg來分配內存。MFC Appwizard在創建框架文件時已經作了這樣的處理。
- AfxDoForAllObjects
MFC提供了函數AfxDoForAllObjects來追蹤動態分配的內存對象，函數原型如下：
void AfxDoForAllObjects( void (*pfn)(CObject* pObject,
void* pContext), void* pContext );
其中：
參數1是一個函數指針，AfxDoForAllObjects對每個對象調用該指針表示的函數。
參數2將傳遞給參數1指定的函數。
AfxDoForAllObjects可以檢測到所有使用new分配的CObject對象或者CObject類派生的對象，但全局對象、嵌入對象和棧中分配的對象除外。
10.1.4內存漏洞檢測
僅僅用于new的DEBUG版本分配的內存。
完成內存漏洞檢測，需要如下系列步驟：
- 調用AfxEnableMemoryTracking(TRUE/FALSE)打開/關閉內存診斷。在調試版本下，缺省是打開的；關閉內存診斷可以加快程序執行速度，減少診斷輸出。
- 使用MFC全局變量afxMemDF更精確地指定診斷輸出的特征，缺省值是allocMemDF，可以取如下值或者這些值相或：
afxMemDF，delayFreeMemDF，checkAlwaysMemDF
其中：allocMemDF表示可以進行內存診斷輸出；delayFreeMemDF表示是否是在應用程序結束時才調用free或者delete，這樣導致程序最大可能的分配內存；checkAlwaysMemDF表示每一次分配或者釋放內存之后都調用函數AfxCheckMemory進行內存檢測（AfxCheckMemory檢查堆中所有通過new分配的內存（不含malloc））。
這一步是可選步驟，非必須。
- 創建一個CMemState類型的變量oldMemState，調用CMemState的成員函數CheckPoint獲得初次內存快照。
- 執行了系列內存分配或者釋放之后，創建另一個CMemState類型變量newMemState，調用CMemState的成員函數CheckPoint獲得新的內存快照。
- 創建第三個CMemState類型變量difMemState，調用CMemState的成員函數Difference比較oldMemState和newMemState，結果保存在變量difMemState中。如果沒有不同，則返回FALSE，否則返回TRUE。
- 如果不同，則調用成員函數DumpStatistics輸出比較結果。
例如：
// Declare the variables needed
#ifdef _DEBUG
CMemoryState oldMemState, newMemState, diffMemState;
oldMemState.Checkpoint();
#endif
// do your memory allocations and deallocations...
CString s = "This is a frame variable";
// the next object is a heap object
CPerson* p = new CPerson( "Smith", "Alan", "581-0215" );
#ifdef _DEBUG
newMemState.Checkpoint();
if( diffMemState.Difference( oldMemState, newMemState ) )
{
TRACE( "Memory leaked!\n" );
diffMemState.DumpStatistics();
//or diffMemState.DumpAllObjectsSince();
}
#endif
MFC在應用程序（調試版）結束時，自動進行內存漏洞檢測，如果存在漏洞，則輸出漏洞的有關信息。