Question

c++开发如何避免和解决野指针和内存泄漏问题

Answer 1

野指针的出现会导致程序崩溃，这是每个人都不愿意看到的。Linux会生成coredump文件，可用gdb分析。Win下可以注册unexception获取调用堆栈，将错误信息写到文件中。先分析一下通常出现野指针的场景：class monster_t{protected:player_t* m_attack;public:void handle_ai(){if (m_attack){int x = m_attack->get_x();}}}问题就在于，m_attack有值，但是对应的对象已经被销毁了。这是大部分野指针出现原因。分析类之间关系可知，monster_t 和 player_t是0-1的关系，monster_t引用player_t，但是player_t甚至都不知道有一个（或N个）monster 引用了自己。所以当player被销毁时，很难做到把所有引用该player_t的地方全部重置。这种问题其实比较常见，比如player中引用connection，而connection又是被网络层管理生命周期的，也同样容易产生野指针情况。常见的解决方式是：class monster_t{protected:long m_attack_id;public:void handle_ai(){player_t* attack = obj_mgr.get(m_attack_id); if (attack){int x = attack->get_x();}}}另外一种与之相似的方式：class monster_t{protected:player_t* m_attack;public:void handle_ai(){if (obj_mgr.is_exist(m_attack)){int x = m_attack->get_x();}else{m_attack = NULL;}}}梳理野指针的产生原因后，我们其实需要的是这样的指针：一种指针，引用了另一个对象的地址（不然就不是指针了），当目标对象销毁时，该指针自然指向null，而不需要目标对象主动通知重置。幸运的是，这种指针已经有了，就是weak_ptr; 在boost库中，sharedptr,scopedptr,weakptr统称为smartptr。可以尽量使用智能指针，避免野指针。本人建议尽量使用shared_ptr结合weak_ptr使用。Scoped_ptr本人使用的较少，只是在创建线程对象的时候使用，正好符合不能复制的语义。使用shared_ptr和weak_ptr的示例代码：class monster_t{protected:weak_ptr<player_t> m_attack; shared_ptr<player_t> get_attack(){return shared_ptr<player_t>(m_attack);}public:void handle_ai(){shared_ptr<player_t> attack = get_attack(); if (attack){int x = attack->get_x();}}}有人问monster_t为什么不直接使用shared_ptr，如果使用shared_ptr就不符合现实的模型了，monster_t显然不应该控制player_t的生命周期，如果使用了shared_ptr，那么可能导致player_t被延迟析构，甚至会导致内存暴涨。这也是shared_ptr的使用误区，所以本人建议尽量shared_ptr和weak_ptr结合用，否则野指针问题解决了，内存泄漏问题又来了。内存泄漏：野指针问题可以通过采用良好的编程范式，尽量规避，但总计c++规避内存泄漏的方法却很为难，简单而言尽量保证对象的分配和释放（分别）是单个入口的，这样大部分问题都可以拦截在code review阶段。那么怎么检测内存泄漏呢？首先说明本方法区别于valgrind等工具，该工具是调试期进行的检测，本文探究的是运行期的检测，确切说是运行期定时输出所有对象的数量到日志中。首先定义分配、释放对象的接口：template<typename T> T* new_obj() { T* p = new T(); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T, typename ARG1> T* new_obj(ARG1 arg1) { T* p = new T(arg1); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T, typename ARG1, typename ARG2> T* new_obj(ARG1 arg1, ARG2 arg2) { T* p = new T(arg1, arg2); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T> T* new_array(int n) { T* p = new T[n]; singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(n); return p; }为了节省篇幅，这里只列举了三种构造的代码，当分配对象时，对应的类型数量增加1，obj_counter 使用原子操作为每一种类型记录其数量。class obj_counter_i{public:obj_counter_i():m_ref_count(0){} virtual ~ obj_counter_i(){} void inc(int n) { (void)__sync_add_and_fetch(&m_ref_count, n); } void dec(int n) { __sync_sub_and_fetch(&m_ref_count, n); } long val() const{ return m_ref_count; } virtual string get_name() { return ""; }protected:volatile long m_ref_count;};template<typename T> class obj_counter_t: public obj_counter_i{obj_counter_t(){singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().reg(this);}virtual string get_name() { return TYPE_NAME(T); } };相应的当对象被释放的时候，对应的对象数量减一，示例代码如下：template<typename T> void del_obj(T* p){if (p){delete p;singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().dec(1);}}这样就做到了所有的对象的数量都被记录了，可以定时的将对象数量输出到文件：class obj_counter_summary_t{public:void reg(obj_counter_i* p){m_all_counter.push_back(p);}map<string, long> get_all_obj_num(){map<string, long> ret; for (list<obj_counter_i*>::iterator it = m_all_counter.begin(); it != m_all_counter.end(); ++it){ret.insert(make_pair((*it)->get_name(), (*it)->val()));}return ret;}void dump(const string& path_){ofstream tmp_fstream; tmp_fstream.open(path_.c_str()); map<string, long> ret = get_all_obj_num(); map<string, long>::iterator it = ret.begin(); time_t timep = time(NULL); struct tm *tmp = localtime(&timep); char tmp_buff[256]; sprintf(tmp_buff, "%04d%02d%02d-%02d:%02d:%02d", tmp->tm_year + 1900, tmp->tm_mon + 1, tmp->tm_mday, tmp->tm_hour, tmp->tm_min, tmp->tm_sec); char buff[1024] = {0}; snprintf(buff, sizeof(buff), "obj,num,%s\n", tmp_buff); tmp_fstream << buff; for (; it != ret.end(); ++it){snprintf(buff, sizeof(buff), "%s,%ld\n", it->first.c_str(), it->second); };输出的文件格式为csv格式，方便进一步做数据分析。可以使用我开发的小工具格式化csv数据。总结：野指针可以使用shared_ptr和weak_ptr结合使用来尽量规避。使用shared_ptr要尽量小心，否则可能导致对象无法释放，导致内存泄漏。可以定时输出当前所有对象的数量，来分析是否有内存泄漏，或者内存泄漏是有哪些对象引起的。本文介绍了记录所有对象的方法，除了可以分析内存泄漏外，也不失为数据分析的一种方法。需要注明的是，本方法不能替代valgrind工具，二者作用不同。