C/C++实现内存泄漏检测详解

这篇文章主要为大家详细介绍了c++进行内存泄漏检测的方法，帮助大家更好的理解和学习使用c++，感兴趣的朋友可以了解下,希望能够给你带来帮助

内存泄漏的两个问题

是否有内存泄漏？
内存泄漏是在代码的哪一行？

检测内存泄漏主要从上面两个问题入手。

使用宏定义覆盖 malloc 和 free 函数

在单个文件中，可以使用这种方法检测是否有内存泄漏。

#include  #include  int main() { void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

上面的代码存在内存泄漏的问题，但是直接运行看不出问题。我们可以使用宏定义覆盖覆盖系统的 malloc 和 free 函数。

我们定义两个函数，分别是 my_malloc 和 my_free ，使用宏定义覆盖原来的 malloc 和 free 。

#include  #include  void *my_malloc(size_t size, const char *file, int line) { void *p = malloc(size); printf("malloc[+]: addr: %p , size: %ld , file: %s , line: %d \n", p, size, file, line); return p; } void my_free(void *p, const char *file, int line) { free(p); printf("free[-]: addr: %p\n", p); } #define malloc(size)    my_malloc(size, __FILE__, __LINE__) #define free(p)         my_free(p, __FILE__, __LINE__) int main() { void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

运行结果如上图，我们可以看到哪一行代码调用了 malloc 以及对应的内存有没有 free 。

还可以把上面的代码改进一下，把信息写入到文件中，方面查看。

#include  #include  #include  #if 1 void *my_malloc(size_t size, const char *file, int line) { void *p = malloc(size); char buff[128] = { 0 }; sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p); // 需要事前创建 mem 文件夹 FILE *fp = fopen(buff, "w"); fprintf(fp, "malloc[+%s:%d] --> addr:%p, size: %ld\n", file, line, p, size); fflush(fp); fclose(fp); return p; } void my_free(void *p, const char *file, int line) { char buff[128] = { 0 }; sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p); // 需要事前创建 mem 文件夹 if (unlink(buff) <0) { printf("double free addr:%p\n", p); return; } free(p); } #define malloc(size)    my_malloc(size, __FILE__, __LINE__) #define free(p)         my_free(p, __FILE__, __LINE__) #endif int main() { void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

运行后，结果如下，会在 mem 文件夹下存在一个文件，点开可以看到没有被 free 的内存的信息。

注意：

这种方法局限性比较大，需要在每个文件开头展开这一段代码才可以。
使用的第三方库无法覆盖
同理可以覆盖 calloc 以及 realloc
#define malloc(size) my_malloc(size,__FILE__, __LINE__)
#define free§ my_free(p, __FILE__, __LINE__)
这两行代码必须放在 my_malloc 和 my_free 的下面，否则会造成递归

使用 hook 钩子

dlsym 函数可以自己实现系统调用

#include  #include  #include  #if 1 // 定义回调函数类型 typedef void *(*malloc_t)(size_t size); // 定义回调函数变量 malloc_t malloc_f = NULL; // 同理 typedef void (*free_t)(void *p); free_t free_f = NULL; void *malloc(size_t size) { printf("malloc [+%s:%d]\n", __FILE__, __LINE__); } void free(void *p) { printf("malloc [+%s:%d]\n", __FILE__, __LINE__); } void init_hook(void) { if (malloc_f == NULL) malloc_f = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc"); // dlsym 需要加上编译条件 -ldl if (free_f == NULL) free_f = dlsym(RTLD_NEXT, "free"); } #define DEBUG_MEM_LEAK init_hook(); #endif int main() { DEBUG_MEM_LEAK void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

上面这一份代码，在自己实现的 malloc 和 free 内部使用了 printf 函数，会出现错误。

是因为在 printf 函数内部也是用了 malloc 来开辟缓冲区，就会造成递归调用。

我们需要定义一个 flag 来防止递归的出现。

#define _GNU_SOURCE #include  #include  #include  #include  #if 1 // 定义回调函数类型 typedef void *(*malloc_t)(size_t size); // 定义回调函数变量 malloc_t malloc_f = NULL; // 同理 typedef void (*free_t)(void *p); free_t free_f = NULL; // flag 防止递归 int enable_malloc_hook = 1; int enable_free_hook = 1; void *malloc(size_t size) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; printf("malloc [+%s:%d]\n", __FILE__, __LINE__); enable_malloc_hook = 1; } } void free(void *p) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; printf("free [+%s:%d]\n", __FILE__, __LINE__); enable_malloc_hook = 1; } } void init_hook(void) { if (malloc_f == NULL) malloc_f = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc"); // dlsym 需要加上编译条件 -ldl if (free_f == NULL) free_f = dlsym(RTLD_NEXT, "free"); } #define DEBUG_MEM_LEAK init_hook(); #endif int main() { DEBUG_MEM_LEAK void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

这是改进的代码的运行结果，但是又出现了一个问题，申请内存的函数是在哪一行调用的，出现了问题，全是在同一行调用的，这显然是有问题的。

我们可以使用 __builtin_return_address() 这个函数来解决，传入 0 就返回上一层函数的信息，传入 1 就返回上两层函数的信息，以及类推。

#define _GNU_SOURCE #include  #include  #include  #include  #if 1 // 定义回调函数类型 typedef void *(*malloc_t)(size_t size); // 定义回调函数变量 malloc_t malloc_f = NULL; // 同理 typedef void (*free_t)(void *p); free_t free_f = NULL; // flag 防止递归 int enable_malloc_hook = 1; int enable_free_hook = 1; void *malloc(size_t size) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; void *caller = __builtin_return_address(0); // 返回上一层调用函数的信息 printf("malloc [+]: %p\n", caller); enable_malloc_hook = 1; } } void free(void *p) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; void *caller = __builtin_return_address(0); // 返回上一层调用函数的信息 printf("free [-]: %p\n", caller); enable_malloc_hook = 1; } } void init_hook(void) { if (malloc_f == NULL) malloc_f = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc"); // dlsym 需要加上编译条件 -ldl if (free_f == NULL) free_f = dlsym(RTLD_NEXT, "free"); } #define DEBUG_MEM_LEAK init_hook(); #endif int main() { DEBUG_MEM_LEAK void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

运行结果如图，得到了一串地址，可以使用 addr2line 来查看具体信息。

下面改成文件版本

#define _GNU_SOURCE #include  #include  #include  #include  #if 1 // 定义回调函数类型 typedef void *(*malloc_t)(size_t size); // 定义回调函数变量 malloc_t malloc_f = NULL; // 同理 typedef void (*free_t)(void *p); free_t free_f = NULL; // flag 防止递归 int enable_malloc_hook = 1; int enable_free_hook = 1; void *malloc(size_t size) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; void *p = malloc_f(size); void *caller = __builtin_return_address(0); // 返回上一层调用函数的信息 char buff[128] = { 0 }; sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p); // 需要事前创建 mem 文件夹 FILE *fp = fopen(buff, "w"); fprintf(fp, "malloc[+%p] --> addr:%p, size: %ld\n", caller, p, size); fflush(fp); fclose(fp); enable_malloc_hook = 1; return p; } else { return malloc_f(size); } } void free(void *p) { if (enable_malloc_hook == 1) { enable_malloc_hook = 0; // void *caller = __builtin_return_address(0); // 返回上一层调用函数的信息 char buff[128] = { 0 }; sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p); // 需要事前创建 mem 文件夹 if (unlink(buff) <0) { printf("double free addr:%p\n", p); return; } free_f(p); enable_malloc_hook = 1; } else { free_f(p); } } void init_hook(void) { if (malloc_f == NULL) malloc_f = dlsym(RTLD_NEXT, "malloc"); // dlsym 需要加上编译条件 -ldl if (free_f == NULL) free_f = dlsym(RTLD_NEXT, "free"); } #define DEBUG_MEM_LEAK init_hook(); #endif int main() { DEBUG_MEM_LEAK void *p1 = malloc(10); void *p2 = malloc(20); free(p1); }

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