手写C语言的内存泄漏检测组件
CC++语言中，栈空间有大小限制，所以程序员可以使用堆空间的内存。堆空间的内存是程序员自己申请的，需要程序员自己去调用释放的操作。内存管理是CC++程序员必须要注意的问题，其中包括了内存泄漏，内存泄漏的原因是程序中申请的内存没有进行释放，来看下面的例子：
{
int *p1 = (int *)malloc(sizeof(int));
int *p2 = (int *)malloc(sizeof(int));
free(p1);
}
上面的代码段，申请了两块内存p1，p2，只释放了p1，没有释放p2，从而产生了内存泄漏。
内存泄漏会对程序造成严重后果，随着程序运行时间越来越久，内存有分配没有释放，会使得进程堆中的内存会越来越少，直到耗尽。会造成后面的运行时代码不能成功分配内存。
对于CC++这种没有实现垃圾回收的编程语言来说，怎么发现和定位可能造成内存泄漏的代码片段呢？
我们的需求有两个：
-
能够检测出内存泄漏
-
能够指出是由代码的哪个文件、哪个函数、哪一行引起的内存泄漏
内存泄漏检测实现的核心思想就是对系统的malloc/free进行hook，用我们自己的malloc/free代替系统调用，将free的地址和malloc的地址进行匹配，查看最后又哪些malloc没有进行free，并将没有free的malloc操作的代码段地址进行记录，通过代码段定位所在的文件、函数、代码行。
方案一
采用 __libc_malloc, libc_free与 __builtin_return_address。它们是gcc提供的函数。
__libc_malloc, libc_free用来代替malloc/free。可以用来实现hook。需要注意的是，我们实现的malloc/free函数，内部会有一些函数如printf，fopen，需要防止它们会嵌套调用malloc/free。
__builtin_return_address，能够返回调用所在函数的代码段的地址。能够定位内存泄漏的具体位置。
malloc的时候，创建一个文件，文件名使用申请内存的地址，并记录申请该内存的代码段的地址；free的时候，删除对应的文件。
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int enable_malloc_hook = 1;
extern void *__libc_malloc(size_t size);
int enable_free_hook = 1;
extern void *__libc_free(void *p);
void *malloc(size_t size) {
if (enable_malloc_hook) {
enable_malloc_hook = 0;
void *p = __libc_malloc(size);
void *caller = __builtin_return_address(0);
char buff[128] = {0};
sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p);
FILE *fp = fopen(buff, "w");
fprintf(fp, "[+%p]malloc --> addr:%p size:%lu\n", caller, p, size);
fflush(fp);
enable_malloc_hook = 1;
return p;
} else {
return __libc_malloc(size);
}
return NULL;
}
void free(void *p) {
if (enable_free_hook) {
enable_free_hook = 0;
char buff[128] = {0};
sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p);
if (unlink(buff) < 0) {
printf("double free: %p\n", p);
}
__libc_free(p);
enable_free_hook = 1;
} else {
__libc_free(p);
}
}
// gcc -o memleak_0 memleak_0.c -g
// addr2line -f -e memleak_0 -a 0x4006d8
int main() {
void *p1 = malloc(10);
void *p2 = malloc(20);
free(p1);
void *p3 = malloc(30);
void *p4 = malloc(40);
free(p2);
free(p4);
return 0;
}
方案二
使用宏定义, 开启宏定义使用我们的版本，不开启就使用系统的。可以方便debug。
内存泄漏检测使用malloc_hook/free_hook, 定位内存泄漏位置，使用 __FILE__ , __LINE__.
#define malloc(size) malloc_hook(size, __FILE__, __LINE__)
#define free(p) free_hook(p, __FILE__, __LINE__)
可以使用fclose，没有double free的问题了
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void *malloc_hook(size_t size, const char *file, int line) {
void *p = malloc(size);
char buff[128] = {0};
sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p);
FILE *fp = fopen(buff, "w");
fprintf(fp, "[+%s:%d]malloc --> addr:%p size:%lu\n", file, line, p, size);
fflush(fp);
fclose(fp);
return p;
}
void free_hook(void *p, const char *file, int line) {
char buff[128] = {0};
sprintf(buff, "./mem/%p.mem", p);
if (unlink(buff) < 0) {
printf("double free: %p\n", p);
return;
}
free(p);
}
#define malloc(size) malloc_hook(size, __FILE__, __LINE__)
#define free(p) free_hook(p, __FILE__, __LINE__)
// gcc -o memleak_0 memleak_0.c -g
// addr2line -f -e memleak_0 -a 0x4006d8
int main() {
void *p1 = malloc(10);
void *p2 = malloc(20);
free(p1);
void *p3 = malloc(30); // memory leak
void *p4 = malloc(40);
free(p2);
free(p4);
free(p4); // double free
return 0;
}
检测出两个问题，一次内存泄漏 p3，一次double free p4。结果OK。
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