内存泄漏检测

一: 内存泄漏
内存泄漏是编程中常常见到的一个问题. 内存泄漏往往会一种奇怪的方式来表现出来,基本上每个程序都表现出不同的方式. 但是一般 最后的结果只有两个,一个是程序当掉.一个是系统内存不足. 还有一种就是比较介于中间的结果程序不会当,但是系统的反映时间明显降低,需要定时的 Reboot才会正常.

有一个很简单的办法来检查一个程序是否有内存泄漏.就是是用Windows的任务管理器 (Task Manager).  运行程序,然后在任务管理器里面查看 “内存使用”和”虚拟内存大小”两项,当程序请求了它所需要的内存之后,如果虚 拟内存还是持续的增长的话,就说明了这个程序有内存泄漏问题. 当然如果内存泄漏的数目非常的小,用这种方法可能要过很长时间才能看的出来.

当然最简单的办法大概就是用CompuWare的BoundChecker 之类的工具来检测了,不过这些工具的价格对于个人来讲稍微有点奢侈了.

如果是已经发布的程序,检查是否有内存泄漏是又费时又费力. 所以内存泄漏应该在Code的生成过程就要时刻进行检查. 
二: 原因
而内存泄漏产生的原因一般是三种情况: 1.分配完内存之后忘了回收.2. 程序Code有问题,造成没有办法回收.3.某些API函数操作不正确,造成内存泄漏.
1.     内存忘记回收,这个是不应该的事情.但是也是在代码种很常见的问题.分配内存之后,用完之后,就一定要回收. 如果不回收,那就造成了内存的泄漏,造成内 存泄漏的Code如果被经常调用的话,那内存泄漏的数目就会越来越多的.从而影响整个系统的运行. 比如下面的代码
for (int =0;I<100;I++)
{
    Temp =  new BYTE[100];
}
就会产生 100*100Byte的内存泄漏.
2.    在某些时候,因为代码上写的有问题,会导致某些内存想回收都收不回来,比如下面的代码
Temp1 = new BYTE[100];
Temp2 = new BYTE[100];
Temp2 = Temp1;
这样,Temp2的内存地址就丢掉了,而且永远都找不回了,这个时候Temp2的内存空间想回收都没有办法.

3.    API 函数应用不当,在Windows提供API函数里面有一些特殊的API,比如FormatMessage.  如果你给它参数中有 FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER,它会在函数内部New一块内存Buffer出来.但是这个buffer需要你调用 LocalFree来释放. 如果你忘了,那就会产生内存泄漏.

三: 检查方法

一般的内存泄漏检查的确是很困难,但是也 不是完全没有办法.如果你用VC的库来写东西的话,那么很幸运的是,你已经有了很多检查内存泄漏的工具,只是你想不想用的问题了. Visual C++ 的Debug版本的C运行库(C Runtime Library).它已经提供好些函数来帮助你诊断你的代码和跟踪内存泄漏. 而且最方便的地方是这些 函数在Release版本中完全不起任何作用,这样就不会影响你的Release版本程序的运行效率.
比如下面的例子里面,有一个明细的内存泄漏.当然如果只有这么几行代码的话,是很容易看出有内存泄漏的.但是想在成千上万行代码里面检查内存泄漏问题就不是那么容易了. 
    char * pstr = new char[5];
    lstrcpy(pstr,"Memory leak" ;
我 们如果我们在Debug版本的Code里面对堆(Heap)进行了操作,包括malloc, free, calloc, realloc, new,  和 delete可以利用VC Debug运行时库中堆Debug函数来做堆的完整性和安全性检查. 比如上面的代码,lstrcpy的操作明显破坏了 pstr的堆结构.使其溢出,并破坏了临近的数据.那我们可以在调用lstrcpy之后的代码里面加入_CrtCheckMemory函数. _CrtCheckMemory函数发现前面的lstrcpy使得pstr的堆结构被破坏,会输出这样的报告:
emory check error at 0x00372FA5 = 0x79, should be 0xFD.
memory check error at 0x00372FA6 = 0x20, should be 0xFD.
memory check error at 0x00372FA7 = 0x6C, should be 0xFD.
memory check error at 0x00372FA8 = 0x65, should be 0xFD.
DAMAGE: after Normal block (#41) at 0x00372FA0.
Normal located at 0x00372FA0 is 5 bytes long.
它告诉说 pstr的长度应该时5个Bytes,但是在5Bytes后面的几个Bytes也被非法改写了.提醒你产生了越界操作. 
_CrtCheckMemory 的返回值只有TRUE和FALSE,那么你可以用_ASSERTE()来报告出错信息. 上面的语句可以换成 _ASSERTE (_CrtCheckMemory()); 这样Debug版本的程序在运行的时候就会弹出一个警告对话框,如图1,这样就不用在运行时候一直盯着 Output窗口看了.这个时候按Retry,就可以进入源代码调试了.看看问题到底出在哪里

                    图1
其 他类似的函数还有_CrtDbgReport, _CrtDoForAllClientObjects, _CrtDumpMemoryLeaks, _CrtIsValidHeapPointer, _CrtIsMemoryBlock, _CrtIsValidPointer,_CrtMemCheckpoint, _CrtMemDifference, _CrtMemDumpAllObjectsSince, _CrtMemDumpStatistics, _CrtSetAllocHook, _CrtSetBreakAlloc, _CrtSetDbgFlag,_CrtSetDumpClient, _CrtSetReportFile, _CrtSetReportHook, _CrtSetReportMode
这些函数全部都可以用来在Debug版本中检查内存的使用情况.具体怎么使用这些函数就不在这里说明了,各位可以去查查MSDN. 
在 这些函数中用处比较大的,或者说使用率会比较高的函数是,_CrtMemCheckpoint 设置一个内存检查点.这个函数会取得当前内存的运行状态.   _CrtMemDifference 检查两种内存状态的异同. _CrtMemDumpAllObjectsSince 从程序运行开始,或者从某 个内存检查点开始Dump出堆中对象的信息. 还有就是_CrtDumpMemoryLeaks当发生内存溢出的时候Dump出堆中的内存信息.  _CrtDumpMemoryLeaks一般都在有怀疑是内存泄漏的代码后面调用,比如下面的例子 
#include <windows.h>
#include <crtdbg.h>
void main()
{
char * pstr;
pstr = new char[5];
_CrtDumpMemoryLeaks();
}
   输出:
    Detected memory leaks!  à提醒你,代码有内存泄漏.
Dumping objects ->
{44} normal block at 0x00372DB8, 5 bytes long.
     Data: <     > CD CD CD CD CD 
Object dump complete.
如果你双击包含行文件名的输出行，指针将会跳到源文件中内存被分配地方的行.
当 无法确定那些代码产生了内存泄漏的时候,我们就需要进行内存状态比较. 在可疑的代码段的前后设置内存检查点,比较内存使用是否有可疑的变化.以确定内存 是否有泄漏.为此要先定义三个_CrtMemState 对象来保存要比较的内存状态.两个是用来比较,一个用了保存前面两个之间的区别 
_CrtMemState Sh1,Sh2,Sh_Diff;
char *pstr1 = new char[100];
_CrtMemCheckPoint(&Sh1);  ->设置第一个内存检查点
char  *pstr2 = new char[100];
  _CrtMemCheckPoint(&Sh2); ->设置第二个内存检查点
  _CrtMemDifference(&Sh_Diff, &Sh1, &Sh2);  ->检查变化
  _CrtMemDumpAllObjectsSince(&Sh_Diff);   ->Dump变化

如 果你的程序中使用了MFC类库,那么内存泄漏的检查方法就相当的简单了.因为Debug版本的MFC本身就提供一部分的内存泄漏检查. 大部分的new  和delete没有配对使用而产生的内存泄漏,MFC都会产生报告.这个主要是因为MFC重载了Debug版本的new 和delete操作符. 并且对 前面提到的API函数重新进行了包装.在MFC类库中检查内存泄漏的Class就叫 CMemoryState,它重新包装了了 _CrtMemState, _CrtMemCheckPoint, _CrtMemDifference, _CrtMemDumpAllObjectsSince 这些函数.并对于其他的函数提供了Afx开头的函数,供MFC程序使用 比如 AfxCheckMemory, AfxDumpMemoryLeaks  这些函数的基本用法同上面提到的差不多. CMemoryState和相关的函数的定义都在Afx.h这个头文件中. 有个简单的办法可以跟踪到这些函数 的申明. 在VC中找到MFC程序代码中下面的代码, 一般都在X.cpp的开头部分
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif 
把 光标移到DEBUG_NEW上面 按F12,就可以进入Afx.h中定义这些Class和函数的代码部分. VC中内存泄漏的常规检查办法主要是上面的两 种.当然这两种方法只是针对于Debug版本的Heap的检查.如果Release版本中还有内存泄漏,那么检查起来就麻烦很多了.
4 .总结:
    实际上Heap的内存泄漏问题是相当的好查的.VC的提供的检查工具也不太少,但是如果是栈出了什么问题,恐怕就麻烦很多了. 栈出问题,一般不会产生内存泄漏,但是你的代码的逻辑上很有可能会有影响.这个是最最痛苦的事情. 编程,就是小心,小心再小心而已.