背景

C++內(nèi)存分配與釋放均由用戶代碼自行控制，靈活的機(jī)制有如潘多拉之盒，即讓程序員有了更廣的發(fā)揮

空間，也產(chǎn)生了代代相傳的內(nèi)存泄漏問題。對(duì)于新手來說，最常犯的錯(cuò)誤就是new出一個(gè)對(duì)象而忘記釋放，對(duì)于一般小應(yīng)用程序來說，一點(diǎn)內(nèi)存空間不算什么。但是當(dāng)內(nèi)存泄漏問題出現(xiàn)在需要24小時(shí)運(yùn)行的平臺(tái)類程序上的時(shí)候，將會(huì)使系統(tǒng)可用內(nèi)存飛速減少，最后耗盡系統(tǒng)資源，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

所以學(xué)會(huì)如何防止并檢查內(nèi)存泄漏，是一個(gè)合格的c++程序員必須具備的能力。但是由于內(nèi)存泄漏是程序運(yùn)行并滿足一定條件時(shí)才會(huì)發(fā)生，直接從代碼中查出泄漏原因的難度較大，而且一旦內(nèi)存泄漏發(fā)生在多線程程序中，從大量的代碼中要靠人工找出泄漏原因，無論對(duì)新人還是老手都是一場(chǎng)噩夢(mèng)

本文介紹一種在VS2003中檢查內(nèi)存泄漏的方法，供各位新人老手參考，在VC6中實(shí)現(xiàn)需要做一些變動(dòng)，詳情可自行參照相關(guān)資料。

檢查策略分析

首先，假定我們需要檢測(cè)一個(gè)24小時(shí)運(yùn)行的平臺(tái)程序的內(nèi)存泄漏情況，我們無法確定具體的內(nèi)存泄漏速度，但是我們可以確定該程序在一定時(shí)間內(nèi)（如10分鐘）泄漏的內(nèi)存量是接近的，設(shè)為L(zhǎng)(eak)。

考慮在10分鐘的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)程序新申請(qǐng)到的內(nèi)存A(lloc)，這部分內(nèi)存其實(shí)包含了程序運(yùn)行正常申請(qǐng)，并會(huì)在后續(xù)運(yùn)行中進(jìn)行釋放的普通內(nèi)存塊N(ormal)和泄漏的內(nèi)存L，即：A = N + L

在后續(xù)的運(yùn)行中，由于N部分不斷的申請(qǐng)和釋放，所以這部分的總量基本上是不變的，而L部分由于只申請(qǐng)而不釋放，占用的內(nèi)存總量將會(huì)越來越大。

將這個(gè)結(jié)果放到運(yùn)行時(shí)間軸上，現(xiàn)在我們觀察程序運(yùn)行中的20分鐘，我們假定內(nèi)存泄漏速度為dL/10分鐘，時(shí)間軸如下：

----------------|--------------------|-------------------|----------------------------
Tn-2 Tn-1 Tn

三點(diǎn)間隔均為10分鐘，則我們有如下結(jié)論：

Tn點(diǎn)總的內(nèi)存分配量 An = N + dL * n，N為正常分配內(nèi)存，dL*n為內(nèi)存泄漏量的總和，而Tn-1點(diǎn)的內(nèi)存總量則為 An-1 = N + dL*(n-1)。注意，我們這里不考慮釋放的內(nèi)存量，僅考慮增加的內(nèi)存量。因此很明顯單位時(shí)間內(nèi)的內(nèi)存泄漏量 dL = An - An-1。

生成內(nèi)存Dump文件的代碼實(shí)現(xiàn)

要完成如上的策略，我們首先需要能跟蹤內(nèi)存塊的分配與釋放情況，并且在運(yùn)行時(shí)將分配情況保存到文件中，以便進(jìn)行比較分析，所幸m$已經(jīng)為我們提供了一整套手段，可以方便地進(jìn)行內(nèi)存追蹤。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

包含內(nèi)存追蹤所需庫(kù)

在StdAfx.h中添加如下代碼，注意必須定義宏_CRTDBG_MAP_ALLOC，否則后續(xù)dump文件將缺少內(nèi)存塊的代碼位置。

#ifdef _DEBUG
//for memory leak check
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC //使生成的內(nèi)存dump包含內(nèi)存塊分配的具體代碼為止
#include 
#include 
#endif

啟動(dòng)內(nèi)存追蹤

上述步驟完成后，則可以在應(yīng)用程序啟動(dòng)處添加如下代碼，啟動(dòng)內(nèi)存追蹤，啟動(dòng)后程序?qū)⒆詣?dòng)檢測(cè)內(nèi)存的分配與釋放情況，并允許將結(jié)果輸出。

//enable leak check
_CrtSetDbgFlag( _CRTDBG_REPORT_FLAG);

將結(jié)果輸出指向dump文件

由于默認(rèn)情況下，內(nèi)存泄漏的dump內(nèi)容是輸出到vs的debug輸出窗口，但是對(duì)于服務(wù)類程序肯定沒法開著vs的debug模式來追蹤內(nèi)存泄漏，所以必須將dump內(nèi)容的輸出轉(zhuǎn)到dump文件中。在程序中添加如下部分：

HANDLE hLogFile;//聲明日志文件句柄
hLogFile = CreateFile("./log/memleak.log", GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_WRITE|FILE_SHARE_READ, 
NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);//創(chuàng)建日志文件
_CrtSetReportMode(_CRT_WARN, _CRTDBG_MODE_FILE);//將warn級(jí)別的內(nèi)容都輸出到文件（注意dump的
報(bào)告級(jí)別即為warning）
_CrtSetReportFile(_CRT_WARN, hLogFile);//將日志文件設(shè)置為告警的輸出文件

保存內(nèi)存Dump

完成了以上的設(shè)置，我們就可以在程序中添加如下代碼，輸出內(nèi)存dump到指定的dump文件中：

_CrtMemState s1, s2, s3;//定義3個(gè)臨時(shí)內(nèi)存狀態(tài)
......
_CrtDumpMemoryLeaks();//Dump從程序開始運(yùn)行到該時(shí)刻點(diǎn)，已分配而未釋放的內(nèi)存，即前述An
//以下部分非必要，僅為方便后續(xù)分析增加信息
_CrtMemCheckpoint( &s2 );
if ( _CrtMemDifference( &s3, &s1, &s2) ) 
{
_CrtMemDumpStatistics( &s3 );//dump相鄰時(shí)間點(diǎn)間的內(nèi)存塊變化
//for next compare
_CrtMemCheckpoint( &s1 );
}
time_t now = time(0);
struct tm *nowTime = localtime(&now);
_RPT4(_CRT_WARN,"%02d %02d:%02d:%02d snapshot dump.\n",
nowTime->tm_mday, nowTime->tm_hour,nowTime->tm_min,nowTime->tm_sec);//輸出該次dump時(shí)間

以上代碼最好放在一個(gè)函數(shù)中由定時(shí)器定期觸發(fā)，或者手動(dòng)snapshot生成相等時(shí)間段的內(nèi)存dump。

dump文件內(nèi)容示例如下：

Detected memory leaks!
Dumping objects ->
{20575884} normal block at 0x05C4C490, 87 bytes long.
Data: 02 00 1D 90 84 9F A6 89 00 00 00 00 00 00 00 00 
...
d:\xxxxx\xxxworker.cpp(903) : {20575705} normal block at 0x05D3EF90, 256 bytes long.
Data: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
...
Object dump complete.
0 bytes in 0 Free Blocks.
215968 bytes in 876 Normal Blocks.
0 bytes in 0 CRT Blocks.
0 bytes in 0 Ignore Blocks.
0 bytes in 0 Client Blocks.
Largest number used: 220044 bytes.
Total allocations: 7838322 bytes.
10 16:29:14 snapshot dump.

上面紅色部分即為用戶代碼中分配而未釋放的內(nèi)存塊位置。

解析Dump文件

前面我們已經(jīng)通過dump文件獲取到各時(shí)刻點(diǎn)的內(nèi)存dump，根據(jù)前面的分析策略，我們只需要將第n次dump的內(nèi)存塊分配情況An，與第n-1次dump內(nèi)存塊分配情況An-1作比較，即可定位到發(fā)生內(nèi)存泄漏的位置。由于dump文件一般容量巨大，*人工進(jìn)行對(duì)比幾乎不可能，所以僅介紹比較的思路，各位需要自行制作小工具進(jìn)行處理。

1、提取兩個(gè)相鄰時(shí)間點(diǎn)的dump文件D1和D2，設(shè)D1是D2之前的dump

2、各自提取dump文件中用戶代碼分配的內(nèi)存塊（即有明確代碼位置，而且為normal block的內(nèi)存塊），分別根據(jù)內(nèi)存塊ID（如“d:\xxxxx\xxxworker.cpp(903) : {20575705}”紅色部分）保存在列表L1和L2

3、遍歷列表L2，記錄內(nèi)存塊ID沒有在L1中出現(xiàn)過的內(nèi)存塊，這些內(nèi)存塊即為可能泄漏的內(nèi)存

4、根據(jù)3的結(jié)果，按照內(nèi)存的分配代碼位置，統(tǒng)計(jì)各處代碼泄漏的內(nèi)存塊個(gè)數(shù)，降序排列，分配次數(shù)越多的代碼，內(nèi)存泄漏可能性越大。