自己寫內(nèi)存泄露檢測(cè)庫(kù)

author: kevin lynx

這個(gè)內(nèi)存泄露工具最基本的原理就是利用宏替換掉標(biāo)準(zhǔn)的malloc、free（暫不考慮其他內(nèi)存分配函數(shù)，
如realloc、strdup），記錄下每次內(nèi)存分配和釋放動(dòng)作。因?yàn)楹甑奶幚戆l(fā)生在預(yù)處理階段，所以可以
很容易地用你自己的malloc函數(shù)替換掉標(biāo)準(zhǔn)的malloc。例如：

/**//* lib.h */
#define malloc my_malloc
#define free my_free 

/**//* lib.c */
/**//* disable these macro in this compile unit */
#undef malloc
#undef free 

static int count = 0; 

void *my_malloc( size_t size )
{
    ++count;
    return malloc( size );
} 

void my_free( void *a )
{
    --count;
    free( a );
} 

要使用以上代碼，用戶在使用時(shí)就需要包含lib.h，從而可以使用宏將用戶自己寫的malloc替換
為my_mallo。當(dāng)程序退出時(shí)，如果count大于0，那么可以肯定的是有內(nèi)存泄露。當(dāng)然，如果
count為負(fù)數(shù)，則很可能對(duì)同一個(gè)指針進(jìn)行多次free。

但是以上代碼的功能太局限了。一個(gè)真正的內(nèi)存泄露檢測(cè)庫(kù)（工具），至少需要報(bào)告泄露的代碼
文件、函數(shù)、行數(shù)等信息。當(dāng)然，如果能報(bào)告調(diào)用堆棧，就更好了。不過(guò)這就依賴于具體的平臺(tái)，
需要使用特定的系統(tǒng)接口才可以獲取出。

要實(shí)現(xiàn)以上功能也很簡(jiǎn)單，只需要在每次調(diào)用malloc的時(shí)候，通過(guò)編譯器預(yù)定義宏__FILE__、
__LINE__、__FUNCTION__(__func__)就可以得到文件名、函數(shù)、行號(hào)等信息。將這些信息保存
起來(lái)，然后在free的時(shí)候移除相應(yīng)的信息即可。

最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式，就是保存一個(gè)表，表里記錄著每次分配內(nèi)存的信息：

struct memRecord
{
    char file[MAX_FILE_NAME];
    char func[MAX_FUNC_NAME];
    size_t lineno;
    void *address;
    size_t size;
}; 

struct memRecord mem_record[MAX_RECORD]; 

但是，通過(guò)單單一個(gè)free函數(shù)的void*參數(shù)，如何獲取出對(duì)應(yīng)的分配記錄呢？難道：

for( size_t i = 0; i < MAX_RECORD; ++ i )
{
    if( address == mem_record[i].address ) 
    {
        /**//* shit */
    }
} 

雖然可行，但是很stupid。這里提供一個(gè)小技巧：

void *my_malloc( size_t size )
{
    void *a = malloc( size + sizeof( size_t ) );
    return (char*)a + sizeof( size_t );
} 

void my_free( void *a )
{
    /**//* actually, 'a' is not the real address */
    char *p = ((char*)a - sizeof( size_t ) );    
    free( p );
}

意思就是說(shuō)，我多分配了4字節(jié)內(nèi)存（sizeof( size_t ) ），用于保存這次分配記錄在mem_record
中被保存的索引。在釋放內(nèi)存的時(shí)候，通過(guò)一些地址偏移計(jì)算，就可以獲取出真正的系統(tǒng)malloc
返回的地址，從而安全釋放（別給我說(shuō)這里的計(jì)算存在平臺(tái)和編譯器的限制，沒(méi)認(rèn)真看文章的SB才說(shuō)）。

另一個(gè)問(wèn)題是，我們?nèi)绾翁幚砻看畏峙溽尫艜r(shí)，對(duì)于分配記錄那個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是mem_record。
每一次free的時(shí)候，移除的記錄可能位于mem_record的任何位置。一定時(shí)間后，mem_record內(nèi)部
將出現(xiàn)很多漏洞（已經(jīng)沒(méi)用的數(shù)組位置）。解決這個(gè)問(wèn)題最直接當(dāng)然還是最stupid的方法，就是每次
free移除記錄時(shí)重新整理一遍mem_record。如果你這樣做了，那你的malloc/free比微軟的還慢。

我的解決方法是：
size_t free_index[MAX_RECORD];
用于保存這些出現(xiàn)漏洞的index。每一次free移除記錄時(shí)，就把這個(gè)記錄對(duì)應(yīng)的inex保存進(jìn)來(lái)，表示
這個(gè)index指向的mem_record[]可用。每一次malloc的時(shí)候，先從這里取index，如果這里沒(méi)有，那
可以直接從mem_record的末尾取。

具體細(xì)節(jié)就不闡述了，典型的空間換時(shí)間方法。整個(gè)庫(kù)很簡(jiǎn)單，代碼100來(lái)行。我也只進(jìn)行過(guò)粗略的
測(cè)試。我肯定這100來(lái)行代碼是有問(wèn)題的，相信自己的代碼存在問(wèn)題是對(duì)bug的一種覺(jué)悟，哈哈哈。

這個(gè)東西只檢測(cè)C語(yǔ)言的內(nèi)存泄露，其實(shí)要檢測(cè)C++的也很簡(jiǎn)單，只需要重載new和delete就可以了。

要放春節(jié)假了，在公司的最后幾個(gè)小時(shí)實(shí)在無(wú)聊，才做了這個(gè)東西，前后花了1個(gè)多小時(shí)，寫起來(lái)感覺(jué)
不錯(cuò)。

posted on 2009-01-23 17:43 Kevin Lynx 閱讀(4415) 評(píng)論(5)  編輯 收藏 引用 所屬分類: c/c++