Question

如何在Linux操作系统下检测内存泄漏

Answer 1

Linux操作系统应用专区　　1．开发背景：
　　在 Windows 下使用 VC 编程时，我们通常需要 DEBUG 模式下运行程序，而后调试器将在退出程序时，打印出程序运行过程中在堆上分配而没有释放的内存信息，其中包括代码文件名、行号以及内存大小。该功能是 MFC Framework 提供的内置机制，封装在其类结构体系内部。
　　在 Linux 或者 Unix 下，我们的 C++ 程序缺乏相应的手段来检测内存信息，而只能使用 top 指令观察进程的动态内存总额。而且程序退出时，我们无法获知任何内存泄漏信息。为了更好的辅助在 linux 下程序开发，我们在我们的类库项目中设计并实现了一个内存检测子系统。下文将简述 C++ 中的 new 和 delete 的基本原理，并讲述了内存检测子系统的实现原理、实现中的技巧，并对内存泄漏检测的高级话题进行了讨论。　　2．New和delete的原理
　　当我们在程序中写下 new 和 delete 时，我们实际上调用的是 C++ 语言内置的 new operator 和 delete operator。所谓语言内置就是说我们不能更改其含义，它的功能总是一致的。以 new operator 为例，它总是先分配足够的内存，而后再调用相应的类型的构造函数初始化该内存。而 delete operator 总是先调用该类型的析构函数，而后释放内存（图1）。我们能够施加影响力的事实上就是 new operator 和 delete operator 执行过程中分配和释放内存的方法。
　　new operator 为分配内存所调用的函数名字是 operator new，其通常的形式是 void * operator new(size_t size); 其返回值类型是 void*，因为这个函数返回一个未经处理（raw）的指针，未初始化的内存。参数 size 确定分配多少内存，你能增加额外的参数重载函数 operator new，但是第一个参数类型必须是 size_t。
　　delete operator 为释放内存所调用的函数名字是 operator delete，其通常的形式是 void operator delete(void *memoryToBeDeallocated)；它释放传入的参数所指向的一片内存区。
　　这里有一个问题，就是当我们调用 new operator 分配内存时，有一个 size 参数表明需要分配多大的内存。但是当调用 delete operator 时，却没有类似的参数，那么 delete operator 如何能够知道需要释放该指针指向的内存块的大小呢？答案是：对于系统自有的数据类型，语言本身就能区分内存块的大小，而对于自定义数据类型（如我们自定义的类），则 operator new 和 operator delete 之间需要互相传递信息。
　　当我们使用 operator new 为一个自定义类型对象分配内存时，实际上我们得到的内存要比实际对象的内存大一些，这些内存除了要存储对象数据外，还需要记录这片内存的大小，此方法称为 cookie。这一点上的实现依据不同的编译器不同。（例如 MFC 选择在所分配内存的头部存储对象实际数据，而后面的部分存储边界标志和内存大小信息。g++ 则采用在所分配内存的头 4 个自己存储相关信息，而后面的内存存储对象实际数据。）当我们使用 delete operator 进行内存释放操作时，delete operator 就可以根据这些信息正确的释放指针所指向的内存块。
　　以上论述的是对于单个对象的内存分配/释放，当我们为数组分配/释放内存时，虽然我们仍然使用 new operator 和 delete operator，但是其内部行为却有不同：new operator 调用了operator new 的数组版的兄弟－ operator new[]，而后针对每一个数组成员调用构造函数。而 delete operator 先对每一个数组成员调用析构函数，而后调用 operator delete[] 来释放内存。需要注意的是，当我们创建或释放由自定义数据类型所构成的数组时，编译器为了能够标识出在 operator delete[] 中所需释放的内存块的大小，也使用了编译器相关的 cookie 技术。