用Valgrind查找内存泄漏和无效内存访问 Valgrind是x86架构Linux上的多重用途代码剖析和内存调试工具。你可以在它的环境中运行你的程序来监视内存的使用情况,比如C语言中的malloc和free或者C++中的new和delete。如果你使用了未初始化内存,在数组末端外设置内存或是忘记释放指针,Valgrind都可以检测出来。尽管Valgrind还可以做其它的工作,本教程仍然集中在如何使用它来发现内存相关错误,因为这也程序员经常出现的错误。 Windows用户不必沮丧,虽然在Windows上没有Valgrind可用,但是你可以试一试IBM的 Purify ,它在功能上和Valgrind相似。 获得Valgrind如果你正使用Linux但却没有安装Valgrind,可以去 这里 免费下载一份。 安装过程非常简单,只需要用bzip2解压缩下载的软件包并将其展开即可(下面例子中的XYZ是版本号)。 bzip2 -d valgrind-XYZ.tar.bz2 tar -xf valgrind-XYZ.tar 或者用更简单的方法: tar jxf valgrind-XYZ.tar.bz2 这会创建一个叫valgrind-XYZ的目录,进入该目录并运行 ./configure make make install 好了,现在你已经安装了Valgrind,可以开始了解如何用它了。 用Valgrind查找内存泄漏内存泄漏是最难发现的常见错误之一,因为除非用完内存或调用malloc失败,否则都不会导致任何问题。实际上,使用像C或C++这类没有垃圾回收机制的语言时,你一大半的时间都花费在处理如何正确释放内存上。如果程序运行时间足够长,一个小小的失误也会对程序造成重大的影响。 Valgrind支持很多工具:Memcheck,Addrcheck,Cachegrind,Massif,Helgrind和Callgrind等。在运行Valgrind时,你必须指明想用的工具。在这篇教程中,我们主要集中在内存检查工具上,它可以帮助我们检查内存使用情况(呵呵,其它工具我也不会用)。如果没有其它参数,Valgrind在程序结束后给出关于free和malloc总共调用次数的简报:(注意,18490是进程号,你的机器上可能是其它值) % valgrind --tool=memcheck program_name ... =18515== malloc/free: in use at exit: 0 bytes in 0 blocks. ==18515== malloc/free: 1 allocs, 1 frees, 10 bytes allocated. ==18515== For a detailed leak analysis, rerun with: --leak-check=yes 如果程序中有内存泄漏的现象,内存分配的数量和内存释放的数量会不一致(你不能使用一个free调用来释放多个分配的内存)。 如果程序内存分配和释放的数量不一致,你可以加上leak-check参数重新运行程序,这样就可以看见分配了内存但却没有释放的代码。 为了演示这个功能,我写了一个简单的C程序并编译生成"example1"应用。 #include int main() { char *x = malloc(100); /* or, in C++, "char *x = new char[100] */ return 0; } % valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes example1 在运行结果中,给出了调用malloc却没有调用free的函数列表。 ==2116== 100 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==2116== at 0x1B900DD0: malloc (vg_replace_malloc.c:131) ==2116== by 0x804840F: main (in /home/cprogram/example1) 上面的结果并没有告诉我们更多需要的信息,我们只知道在main函数中的malloc调用导致了内存泄漏,但并不知道是程序中的哪一行调用了malloc。这是因为我们在编译程序时,没有给gcc加上-g参数,相关的调试信息就丢失了。重编一次再运行,我们就得到了更多的信息(片断)。 ==2330== 100 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==2330== at 0x1B900DD0: malloc (vg_replace_malloc.c:131) ==2330== by 0x804840F: main (example1.c:5) 现在我们已经确切知道导致内存泄漏的是哪一行代码了。尽管知道在哪里释放内存仍然是一个问题,至少我们已经知道该从哪里入手。因为对每一次需要动态分配的内存,你都有一个何时分配,何时释放的使用计划,既然已经知道导致内存泄漏的分配点,也就基本理清了内存的使用计划,有助于定位正确释放内存的位置。 在加上--leak-check=yes参数后不再显示内存泄漏错误前,你可能需要重复修改代码很多次,一个优秀的,没有内存泄漏的软件就是这样诞生的:-)。在运行Valgrind时加上--show-reachable=yes参数,可以找到每一个未来匹配的free或new,输出结果和上面差不多,不过显示了更多未释放的内存。 用Valgrind查找无效指针使用用memcheck工具,Valgrind也可以找出无效堆内存使用。比如,如果你用malloc或new分配了一个数组,并访问数组末端后面的内存: char *x = malloc(10); x[10] = ´a´; Valgrind可以检测出这个错误。用Valgrind运行下面的示例程序:example2 #include int main() { char *x = malloc(10); x[10] = ´a´; return 0; } %valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes example2 其结果是(片断) ==9814== Invalid write of size 1 ==9814== at 0x804841E: main (tst.c:6) ==9814== Address 0x1BA3607A is 0 bytes after a block of size 10 alloc´d ==9814== at 0x1B900DD0: malloc (vg_replace_malloc.c:131) ==9814== by 0x804840F: main (example2.c:5) 这个信息表明我们分配了10字节的内存,但是访问了超出范围的内存,因此,我们就进行了一个´非法写´操作。如果试图从那块内存读取数据,我们就会得到´Invalid read of size X´的警告(X是试图读取数据的大小,char是一个字节,而int根据系统的不同可能是2个字节或4个字节)。通常,Valgrind显示出函数调用栈信息以方便我们准确定位错误。 检测使用未初始化变量还有一类Valgrind可以检测的操作是在条件判断语句中使用未初始化变量。也许你应该养成在声明变量时就进行初始化的习惯,不过Valgrind仍然可以帮助你找出使用未初始化变量的地方。比如,运行下面代码生成的示例程序,example3 #include int main() { int x; if(x == 0) { printf("X is zero"); /* replace with cout and include iostream for C++ */ } return 0; } Valgrind会给出下面的结果(片断) ==17943== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==17943== at 0x804840A: main (example3.c:6) Valgrind甚至可以知道如果一个变量被赋予一个未初始化的变量,这个变量仍然处于"未初始化"状态。比如运行下列代码: #include int foo(int x) { if(x Valgrind还能发现什么?Valgrind还能发现其它不正确使用内存的错误:如果你对同一块内存释放了两次,Valgrind就会探测到,而你则得到非法free的调用栈信息。 Valgrind也能检测到使用不正确方法释放内存的错误。比如,在C++语言中有三种基本的内存释放方法:free,delete和delete[]。free函数应该仅与malloc函数相对应--在一些系统上,你可能无须面对这个问题,但这样不具备可移植性。delete[]应该又只能和new[](分配数组)相对应。(也许有些编译器允许你不去理会这些规则,但不能保证所有的编译器都允许你这样做,毕竟它不是标准的一部分。) 如果程序中存在这些问题,你会得到下列错误信息: Mismatched free() / delete / delete [] 这些错误都应该被立刻修复,即使你的程序偶然能够正常运行。 Valgrind不能查出哪些错误?Valgrind不对静态数组(分配在栈上)进行边界检查。如果在程序中声明了一个数组: int main() { char x[10]; x[11] = ´a´; } Valgrind则不会警告你!出于测试目的,你可以把数组改为动态在堆上分配的数组,这样就可能进行边界检查了。这个方法好像有点得不偿失的感觉。 更多告诫使用Valgrind的负面影响是什么?它占用了更多的内存--可达两倍于你程序的正常使用量。如果你用Valgrind来检测使用大量内存的程序就会遇到问题,它可能会用很长的时间来运行测试。大多数情况下,这都不是问题,即使速度慢也仅是检测时速度慢,如果你用Valgrind来检测一个正常运行时速度就很慢的程序,这下问题就大了。 Valgrind不可能检测出你在程序中犯下的所有错误--如果你不检查缓冲区溢出,Valgrind也不会告诉你代码写了它不应该写的内存。 总结Valgrind是x86架构上的工具,只能在Linux上运行(FreeBSD和NetBSD上的相关版本正在开发中)。它允许程序员在它的环境里测试程序以检测未配对malloc调用错误和其它使用非法内存(未初始化内存)的错误以及非法内存操作(比如同一块内存释放两次或调用不正确的析构函数)。Valgrind不检查静态分配数组的使用情况。 posted on 2006-04-03 17:05 加菲猫的简单生活 阅读(250) 评论(0) 编辑
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valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes example1 所属分类: linux 、 测试经验大家谈 |