[導(dǎo)讀]之前已經(jīng)寫過四篇關(guān)于Windows中如何查找內(nèi)存泄露的方法，基本上可以幫你找到內(nèi)存泄露的問題所在。查看系列文章請發(fā)送關(guān)鍵字?內(nèi)存泄漏?獲取。那么為什么要寫這篇文章呢？本人在逛知乎的時候，看到一個問題,不乏很多高手的回答。我正好也寫了幾篇通過工具去分析內(nèi)存泄露的文章，那先說說工具的...
之前已經(jīng)寫過四篇關(guān)于Windows中如何查找內(nèi)存泄露的方法，基本上可以幫你找到內(nèi)存泄露的問題所在。查看系列文章請發(fā)送關(guān)鍵字?內(nèi)存泄漏?獲取。那么為什么要寫這篇文章呢？
本人在逛知乎的時候，看到一個問題
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本人在逛知乎的時候，看到一個問題
<> , 不乏很多高手的回答。我正好也寫了幾篇通過工具去分析內(nèi)存泄露的文章，那先說說工具的方法原理:- 對內(nèi)存的分配的監(jiān)測: 記錄內(nèi)存申請時候函數(shù)調(diào)用棧。一種方法是通過gflag配置讓程序在分配內(nèi)存的時候，記錄函數(shù)調(diào)用棧；還有一種就是通過hook的方式去獲取申請內(nèi)存時候函數(shù)調(diào)用時候的位置。
- 對比程序運行時兩個不同時間點的內(nèi)存分配狀況，通過對比找到較多的內(nèi)存分配點對應(yīng)的函數(shù)調(diào)用棧
知其然知其所以然。微軟Debug CRT庫檢測C 內(nèi)存泄露原理？
我們先來解決上述的兩個問題。問題一: 如何獲取函數(shù)調(diào)用棧？
那么你首先要知道什么時候申請了內(nèi)存？在C 中也就關(guān)鍵字new或者函數(shù)malloc，等等。那如何感知到呢？我們知道hook大致可以理解為就是改變原有的函數(shù)調(diào)用地址，改為你自己實現(xiàn)的函數(shù)。是不是有點類似于python中的裝飾器了，在自定義的函數(shù)內(nèi)部實現(xiàn)一些邏輯。不過本文要講的不是hook，而是宏替換。以malloc為例，我們是不是可以通過宏定義，將malloc更改為my_malloc，然后在my_malloc中記錄這次內(nèi)存申請的信息。然后記錄的信息要包括:- 申請的內(nèi)存信息，比如申請的內(nèi)存狀態(tài)
- 申請內(nèi)存時候函數(shù)調(diào)用棧，一般來說可以通過
StackWalk獲取。不過本文講解的微軟DBUG的CRT庫采用的是另外的方式，記錄內(nèi)存申請時候文件名和行號等信息。這樣雖然沒有函數(shù)調(diào)用棧精確，但是也基本可以用于定位問題了。
Visual Studio 2017)中，選擇工程的默認的Debug模式，并且工程配置宏定義_CRTDBG_MAP_ALLOC, 此時將宏定義替換malloc為_malloc_dbg。注意看新的函數(shù)會傳入文件名字__FILE__和所在行__LINE__#define?malloc(s)?_malloc_dbg(s,?_NORMAL_BLOCK,?__FILE__,?__LINE__)
那么malloc做的事情和_malloc_dbg有什么區(qū)別呢? 在Release版本中malloc底層其實就直接調(diào)用HeapAlloc申請內(nèi)存(VS2017中)。而_malloc_dbg會申請額外的空間用來做調(diào)試用。如下圖所示: 在_malloc_dbg中在實際要用的內(nèi)存UserPtr前面還加了一段_CrtMemBlockHeader用于記錄內(nèi)存申請的相關(guān)信息，而No Main's Land部分為一個4個字節(jié)填充了0xFDFDFDFD，主要用來校驗內(nèi)存是否溢出或者破壞，這個不是本文的重點。接下來看看_CrtMemBlockHeader是如何記錄調(diào)用相關(guān)的信息的呢? 我們看下它的結(jié)構(gòu)便一目了然。其是一個雙向鏈表的節(jié)點，有前后指針，還有文件名,行號等。struct?_CrtMemBlockHeader
{
????_CrtMemBlockHeader*?_block_header_next;
????_CrtMemBlockHeader*?_block_header_prev;
????char?const*?????????_file_name;
????int?????????????????_line_number;
????int?????????????????_block_use;
????size_t??????????????_data_size;
????long????????????????_request_number;
????unsigned?char???????_gap[no_mans_land_size];
????//?Followed?by:
????//?unsigned?char????_data[_data_size];
????//?unsigned?char????_another_gap[no_mans_land_size];
};
那么當(dāng)申請了內(nèi)存后，這些內(nèi)存的關(guān)系是如何的呢，如下圖:那通過以上方法我們便可以對每一個內(nèi)存申請做記錄了，而這個記錄則存儲在全局的鏈表中__acrt_first_block。那么內(nèi)存釋放的時候，是如何進行釋放的呢？同樣的free也會通過宏替換為_free_dbg，這里在進行內(nèi)存釋放的時候，會根據(jù)UserPtr尋找到對應(yīng)的_CrtMemBlockHeader, 也就知道了鏈表節(jié)點的位置，雙向鏈表，也便于我們刪除節(jié)點。看到這里可能有同學(xué)會發(fā)現(xiàn)了，那還有C 的關(guān)鍵字new和delete呢。首先我們要知道new是C 的關(guān)鍵字，對于有構(gòu)造函數(shù)的類一般做了以下兩個事情:- 申請對象所需的內(nèi)存空間。而這個時候內(nèi)部其實調(diào)用的是函數(shù)
operator new或者operator new[] - 調(diào)用對象的構(gòu)造函數(shù)
????void*?__CRTDECL?operator?new(
????????size_t?const?size,
????????int?const????block_use,
????????char?const*??file_name,
????????int?const????line_number
????????)
本人沒有找到哪個頭文件直接定義了宏替換，那么我們可以自己寫一個宏進行替換如下:#define?new?new(_NORMAL_BLOCK,?__FILE__,?__LINE__)?
那么不難理解其他的內(nèi)存操作函數(shù)如何去做替換了吧。問題二: 對比不同時間點的內(nèi)存分配情況
那么我們?nèi)绾稳Ρ饶?？我先寫了一個樣例程序:#define?_CRTDBG_MAP_ALLOC
#include?
#include?
#define?new???new(_NORMAL_BLOCK,?__FILE__,?__LINE__)?
int?main()
{
?//_CRTDBG_REPORT_FLAG:表示獲取當(dāng)前的標(biāo)示位
????//_CRTDBG_LEAK_CHECK_DF:表示檢測內(nèi)存泄露
?_CrtSetDbgFlag(_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_REPORT_FLAG)?|?_CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
?int?iSize?=?100;
?char?*?pStr?=?new?char?[iSize];
?pStr?=?(char*)malloc(iSize);
?strcpy_s(pStr,?iSize,?"Memory?Leak!");
?_CrtDumpMemoryLeaks();
?return?0;
}
因為這個是一個簡單的樣例程序，但是足以說明是如何檢測的。- 一種方式是自己在程序中主動打印出來可能泄露的內(nèi)存。這個時候其實就是遍歷上述的雙向鏈表，查看正在使用的內(nèi)存，并將其打印到Visual Studio的output窗口中。
- 另一種方式就是設(shè)置
_CRTDBG_LEAK_CHECK_DF這個標(biāo)記位，則在main函數(shù)退出后，在Debug的CRT庫中主動調(diào)用了_CrtDumpMemoryLeaks。其實和方法1原理一樣，只是時間點不同。
Output窗口中，如下圖所示。總結(jié)
簡單總結(jié)下，微軟Debug CRT庫的實現(xiàn)，完全可以在項目中自己實現(xiàn)。就是通過在申請的內(nèi)存頭部記錄當(dāng)前分配內(nèi)存的相關(guān)信息，比如文件名和行號，并且通過雙向鏈表將所有申請的節(jié)點串起來。然后在合適的時間點（比如感知到內(nèi)存泄露的情況下）打印出可能的內(nèi)存泄露的內(nèi)存關(guān)聯(lián)的信息。這種做法簡單，但只針對小型的項目，適合采用這種方法，而且對于第三方庫的內(nèi)存泄露無法進行檢測。本文旨在通過分析微軟Debug CRT庫的實現(xiàn)的檢測內(nèi)存泄露的方式，從而闡述自我實現(xiàn)簡易C 內(nèi)存泄露檢測的思想。若平時分析內(nèi)存泄露問題，建議還是采用本文開頭提到的幾篇文章的方法。參考
- Walking the callstack：https://www.codeproject.com/Articles/11132/Walking-the-callstack-2
- C 不用工具，如何檢測內(nèi)存泄漏？：https://www.zhihu.com/question/29859828
- new vs operator new in C ：*https://www.geeksforgeeks.org/new-vs-operator-new-in-cpp/
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