windows下C/C++的内存泄露检测

C/C++由于其没有垃圾回收机制,所以内存的释放一直以来都依靠于程序员的手工释放,因此极其容易出现内存泄露的问题,而在比较大的程序之中,查找内存泄露是一件比较困难的事情,所以我们需要一些简便的方法来检测内存泄露,避免内存泄露导致设备崩溃。

检测方法

利用Visual Studio调试器和CRT库提供的检测(malloc和new均适用)

检测内存泄露

程序只从单一位置退出时:

1.需要以下头文件:

#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include<stdlib.h>
#include<crtdbg.h>

通过包含crtdbg.h ,将malloc和free分别映射到_malloc_dbg和_free_dbg,用于内存分配和释放的跟踪。
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC语句用于提供额外的信息,非绝对必要。

2.在程序退出位置前使用以下语句:

_CrtDumpMemoryLeaks();

该语句会在输出窗口显示内存泄露信息。

测试代码
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<crtdbg.h>
#define NUM 10

int main()
{
    char *test;
    test = (char*)malloc(NUM * sizeof(char));
    _CrtDumpMemoryLeaks();
    return 0;
}
输出结果

使用_CRTDBG_MAP_ALLOC时:

未使用_CRTDBG_MAP_ALLOC时:

如果将程序中的:

char *test;
test = (char*)malloc(NUM * sizeof(char));

替换为:

char* name = new char[10];

也会得到同样的结果(内存位置由于自动分配有所不同):

程序从多个位置退出时:

1.同样包含上述头文件

2.在每个会退出程序的函数(包括main函数)开始处包含以下代码:

_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);

程序会在退出时自动调用_CrtDumpMemoryLeaks();

测试代码
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<crtdbg.h>
#define NUM 10

void test1();
void test2();

int main()
{
    _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
    char *test;
    test = (char*)malloc(NUM * sizeof(char));
    int a;
    puts("input a number");
    scanf_s("%d", &a, sizeof(int));
    if (a > 10)
        test1();
    else if(a<20)
        test2();
    else
        puts("exit point 3");
    return 0;
}

void test1()
{
    _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
    puts("exit point 1");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

void test2()
{
    _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
    puts("exit point 2");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
输出结果

定位内存泄露

当程序不大时,内存泄露位置可以轻易通过肉眼分辨或者代码审计发现。但是当程序较大的时候,就难以发现具体发生内存泄露的位置。此时可以通过CRT库的_CrtMenState结构储存内存状态。

使用该结构类型需要定义变量用于储存内存状态:

_CrtMenState s1,s2,s3;

检测指定位置内存需要用到_CrtMenCheckPoint结构:

_CrtMenCheckPoint(&s1);

该语句将当前位置的内存状态传递到_CrtMenState结构变量s1中。

检测两个位置之间的内存状态需要用到_CrtMenDifference()函数,同时需要一个新的_CrtMenState结构变量用于存储状态之间的差异:

_CrtMemCheckpoint( &s1 );
_CrtMemCheckpoint( &s2 );
_CrtMemDifference( &s3, &s1, &s2);

转储_CrtMenState结构的内容需要用到_CrtMemDumpStatistics函数:

_CrtMenDumpStatics(&s3);
测试代码
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<crtdbg.h>
#define NUM 10

_CrtMemState s1, s2, s3;
void MEM(char *str, int n);

int main()
{
    _CrtMemCheckpoint(&s1);
    char *test=NULL;
    MEM(test, NUM);
    _CrtMemCheckpoint(&s2);
    puts("test\n");
    _CrtMemDifference(&s3, &s1, &s2);
    _CrtMemDumpStatistics(&s3);
    return 0;
}

void MEM(char *str, int n)
{
    str = (char*)malloc(n * sizeof(char));
}
输出结果

当s1和s2之间调用了函数MEN()时:

当删去程序中的

MEN(test, NUM);

即s1和s2之间没有调用MEN()函数时:

如果单纯使用_CrtDumpMemoryLeaks();,只能显示内存分配的位置,即函数MEN()中分配内存语句的位置,而不能定位到是哪一次对函数MEN()调用导致的内存泄露,而通过结构_CrtMenState,可以得到语句之间是否存在内存分配,从而定位出内存泄露的位置。

总结

内存泄露的原因很简单,无非就是分配了内存而没有释放,为了解决这个问题,除了养成良好的习惯,还有要善用工具在编写程序的时候实时监测是否出现内存泄露,减少后期排bug时的工作量。