实操学会使用内存分析工具Valgrind、LeakSanitizer，帮助检测和定位内存泄漏（C++）

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内存分析工具，如 Valgrind 和 LeakSanitizer，是在开发过程中检测和诊断内存使用问题（包括内存泄漏，内存泄漏详细讲解见此文“引起内存泄漏的原因及解决办法”）的强大工具。以下是如何使用这些工具的具体操作指南：

使用内存分析工具如检测和定位内存泄漏

• 一、使用 Valgrind 检测内存泄漏
• • 1、安装 Valgrind
  • 2、运行 Valgrind
  • 3、分析 Valgrind 输出
  • • 示例1. 没有内存泄漏的程序
    • • 编译方法
      • 使用 Valgrind 检测
    • 示例2. 有内存泄漏的程序
    • • 编译方法
      • 使用 Valgrind 检测
      • 示例输出
      • 解释输出
• 二、使用 LeakSanitizer 检测内存泄漏
• • 1、编译时启用 LeakSanitizer
  • 2、运行程序
  • 3、分析 LeakSanitizer 输出
• 总结

一、使用 Valgrind 检测内存泄漏

Valgrind 是一个编程工具，用于内存调试、内存泄漏检测以及性能分析。Valgrind 工具集中的 Memcheck 是用于检测内存管理和线程错误的主要工具。

1、安装 Valgrind

首先，需要在你的系统上安装 Valgrind。在大多数 Linux 发行版中，你可以使用包管理器来安装：

sudo apt-get install valgrind  # Debian/Ubuntu
sudo yum install valgrind      # CentOS/Fedora

2、运行 Valgrind

要使用 Valgrind 检测一个程序的内存泄漏，首先确保你的程序是带调试信息编译的（通常是 -g 编译器选项）。然后，运行以下命令：

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all --track-origins=yes ./your_program

其中 ./your_program 是你的可执行文件。

• --leak-check=full：进行内存泄漏检测并给出每个泄漏的详细信息。
• --show-leak-kinds=all：报告所有类型的内存泄漏。
• --track-origins=yes：跟踪未初始化值的来源，有助于发现使用未初始化内存的错误。

3、分析 Valgrind 输出

Valgrind 的输出将提供关于内存泄漏的详细信息，包括泄漏大小和在代码中的位置。这些信息将帮助你准确定位和修复问题。

示例1. 没有内存泄漏的程序

这个程序动态分配内存，并在使用后正确地释放内存。

文件：no_leak.cpp

#include <iostream>

int main() {
    int* data = new int[10];  // 动态分配内存

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        data[i] = i;
    }

    // 使用完内存后，正确释放内存
    delete[] data;

    return 0;
}

编译方法

使用下面的命令来编译这个程序，确保包含 -g 选项以便 Valgrind 可以提供关于源代码的详细信息。

g++ -g no_leak.cpp -o no_leak

使用 Valgrind 检测

运行 Valgrind 来检查内存泄漏：

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all --track-origins=yes ./no_leak

示例2. 有内存泄漏的程序

这个程序同样动态分配内存，但忘记释放内存，从而造成内存泄漏。

文件：has_leak.cpp

#include <iostream>


int main() {
    int* data = new int[10];  // 动态分配内存

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        data[i] = i;
    }

    // 忘记释放内存
    // delete[] data;  // 这行应该被取消注释来避免内存泄漏

    return 0;
}

编译方法

同样，使用 -g 选项来编译程序：

g++ -g has_leak.cpp -o has_leak

使用 Valgrind 检测

运行 Valgrind 来检查程序是否有内存泄漏：

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all --track-origins=yes ./has_leak

示例输出

==12345== Memcheck, a memory error detector
==12345== Command: ./has_leak
==12345== 
==12345== HEAP SUMMARY:
==12345==     in use at exit: 40 bytes in 1 blocks
==12345==   total heap usage: 2 allocs, 1 frees, 72,704 bytes allocated
==12345== 
==12345== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==12345==    at 0x4C2CAB8: operator new[](unsigned long) (vg_replace_malloc.c:423)
==12345==    by 0x400F84: main (has_leak.cpp:5)
==12345== 
==12345== LEAK SUMMARY:
==12345==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks
==12345==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==12345==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==12345==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks
==12345==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==12345== 
==12345== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==12345== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)

解释输出

• Memcheck, a memory error detector: 这一行表明你正在使用 Memcheck 工具，它是 Valgrind 中用于检测内存错误的一个工具。
• Command: 显示了被检测的命令行。
• HEAP SUMMARY: 总结了程序退出时堆内存的使用情况。
  • in use at exit: 程序结束时，仍然有40字节的内存在使用中，没有被释放。
  • total heap usage: 程序共申请了2次内存，释放了1次，总共分配了72,704字节的堆内存。
• 40 bytes in 1 blocks are definitely lost: 表示有40字节的内存在一个块中被“绝对丢失”，也就是说这块内存没有被释放且无法再被访问。
  • at 0x4C2CAB8: 内存分配发生的位置的内存地址。
  • operator new[](unsigned long): 内存是通过 new[] 操作符分配的。
  • by 0x400F84: 内存分配发生在 has_leak.cpp 的第5行。
• LEAK SUMMARY: 显示了内存泄漏的总结。
  • definitely lost: 明确报告了40字节被泄漏。
  • indirectly lost: 没有间接丢失的内存。
  • possibly lost: 没有可能丢失的内存。
  • still reachable: 没有仍可达的内存。
  • suppressed: 没有被抑制的错误。
• ERROR SUMMARY: 总结了检测到的错误数。此处显示有1个错误。

此输出表明程序存在内存泄漏，具体来说，是在 has_leak.cpp 文件的第5行通过 new[] 动态分配的40字节内存没有被释放。通过这些详细信息，你可以直接定位到代码中的问题位置并修正它。

二、使用 LeakSanitizer 检测内存泄漏

LeakSanitizer（LSan）是 AddressSanitizer 的一部分，它是一个快速的内存错误检测器，可以检测出各种内存访问错误，包括内存泄漏。

1、编译时启用 LeakSanitizer

在编译程序时，添加 -fsanitize=address 编译器标志来启用 AddressSanitizer，它包括 LeakSanitizer：

g++ -g -fsanitize=address your_program.cpp -o your_program

2、运行程序

执行编译后的程序，LeakSanitizer 将自动运行，并在程序退出时报告内存泄漏：

./your_program

3、分析 LeakSanitizer 输出

LeakSanitizer 的输出将提供关于泄漏的详细信息，包括泄漏的大小和位置。输出还包括一个堆栈跟踪，显示了每个泄漏的源代码位置。

总结

使用这些工具可以大大简化内存泄漏的检测和修复工作。它们提供了关于程序中内存使用情况的详细和可操作的信息，使得开发者可以有效地识别并解决内存相关的问题。在实际开发中，建议定期使用这些工具对代码进行检查，以维护代码质量和性能。

本文标签： 内存工具LeakSanitizervalgrind