C/C++实现内存泄漏检测详解
Ersansui 人气:0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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#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 <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#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 <dlfcn.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#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 <dlfcn.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#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 <dlfcn.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#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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