loop_in_codes

自己写内存泄露检测库

author: kevin lynx

这个内存泄露工具最基本的原理就是利用宏替换掉标准的malloc、free（暂不考虑其他内存分配函数，
如realloc、strdup），记录下每次内存分配和释放动作。因为宏的处理发生在预处理阶段，所以可以
很容易地用你自己的malloc函数替换掉标准的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 );
} 

要使用以上代码，用户在使用时就需要包含lib.h，从而可以使用宏将用户自己写的malloc替换
为my_mallo。当程序退出时，如果count大于0，那么可以肯定的是有内存泄露。当然，如果
count为负数，则很可能对同一个指针进行多次free。

但是以上代码的功能太局限了。一个真正的内存泄露检测库（工具），至少需要报告泄露的代码
文件、函数、行数等信息。当然，如果能报告调用堆栈，就更好了。不过这就依赖于具体的平台，
需要使用特定的系统接口才可以获取出。

要实现以上功能也很简单，只需要在每次调用malloc的时候，通过编译器预定义宏__FILE__、
__LINE__、__FUNCTION__(__func__)就可以得到文件名、函数、行号等信息。将这些信息保存
起来，然后在free的时候移除相应的信息即可。

最简单的实现方式，就是保存一个表，表里记录着每次分配内存的信息：

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，通过单单一个free函数的void*参数，如何获取出对应的分配记录呢？难道：

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

虽然可行，但是很stupid。这里提供一个小技巧：

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 );
}

意思就是说，我多分配了4字节内存（sizeof( size_t ) ），用于保存这次分配记录在mem_record
中被保存的索引。在释放内存的时候，通过一些地址偏移计算，就可以获取出真正的系统malloc
返回的地址，从而安全释放（别给我说这里的计算存在平台和编译器的限制，没认真看文章的SB才说）。

另一个问题是，我们如何处理每次分配释放时，对于分配记录那个数据结构，也就是mem_record。
每一次free的时候，移除的记录可能位于mem_record的任何位置。一定时间后，mem_record内部
将出现很多漏洞（已经没用的数组位置）。解决这个问题最直接当然还是最stupid的方法，就是每次
free移除记录时重新整理一遍mem_record。如果你这样做了，那你的malloc/free比微软的还慢。

我的解决方法是：
size_t free_index[MAX_RECORD];
用于保存这些出现漏洞的index。每一次free移除记录时，就把这个记录对应的inex保存进来，表示
这个index指向的mem_record[]可用。每一次malloc的时候，先从这里取index，如果这里没有，那
可以直接从mem_record的末尾取。

具体细节就不阐述了，典型的空间换时间方法。整个库很简单，代码100来行。我也只进行过粗略的
测试。我肯定这100来行代码是有问题的，相信自己的代码存在问题是对bug的一种觉悟，哈哈哈。

这个东西只检测C语言的内存泄露，其实要检测C++的也很简单，只需要重载new和delete就可以了。

要放春节假了，在公司的最后几个小时实在无聊，才做了这个东西，前后花了1个多小时，写起来感觉
不错。

posted on 2009-01-23 17:43 Kevin Lynx 阅读(4384) 评论(5)  编辑 收藏 引用 所属分类: c/c++