如何使用Valgrind memcheck工具進行C/C++的內存洩漏檢測

系統編程中一個重要的方面就是有效地處理與內存相關的問題。你的工作越接近系統，你就需要面對越多的內存問題。有時這些問題非常瑣碎，而更多時候它會演變成一個調試內存問題的惡夢。所以，在實踐中會用到很多工具來調試內存問題。

 

Valgrind是運行在Linux上一套基於仿真技術的程序調試和分析工具，它包含一個內核——一個軟件合成的CPU，和一系列的小工具，每個工具都可以完成一項任務──調試，分析，或測試等。Valgrind可以檢測內存洩漏和內存違例，還可以分析cache的使用等，靈活輕巧而又強大，能直穿程序錯誤的心髒，真可謂是程序員的瑞士軍刀。

 

Valgrind工具包包含多個工具：

 

Memcheck是一個內存錯誤檢測器。它有助於使你的程序，尤其是那些用C和C++寫的程序，更加准確。Cachegrind是一個緩存和分支預測分析器。它有助於使你的程序運行更快。Callgrind是一個調用圖緩存生成分析器。它與Cachegrind的功能有重疊，但也收集Cachegrind不收集的一些信息Helgrind是一個線程錯誤檢測器。它有助於使你的多線程程序更加准確。DRD也是一個線程錯誤檢測器。它和Helgrind相似，但使用不同的分析技術，所以可能找到不同的問題。Massif是一個堆分析器。它有助於使你的程序使用更少的內存。DHAT是另一種不同的堆分析器。它有助於理解塊的生命期、塊的使用和布局的低效等問題。SGcheck是一個實驗工具，用來檢測堆和全局數組的溢出。它的功能和Memcheck互補：SGcheck找到Memcheck無法找到的問題，反之亦然。BBV是個實驗性質的SimPoint基本塊矢量生成器。它對於進行計算機架構的研究和開發很有用處。

 

這裡給大家介紹如何使用Valgrind memcheck工具進行C/C++的內存洩漏檢測。memcheck工具主要檢查下面的程序錯誤：

 

使用未初始化的內存 (Use of uninitialised memory)使用已經釋放了的內存 (Reading/writingmemory after it has been free’d)使用超過 malloc分配的內存空間(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)對堆棧的非法訪問 (Reading/writinginappropriate areas on the stack)申請的空間是否有釋放 (Memory leaks –where pointers to malloc’d blocks are lost forever)malloc/free/new/delete申請和釋放內存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])src和dst的重疊(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)
這幾個工具的使用是通過命令：valgrand --tool=name 程序名來分別調用的，當不指定tool參數時默認是 --tool=memcheck 。


使用前，需要保證valgrind已經安裝：

使用 valgrind memcheck 方式：

編譯代碼時，加上調試參數 -g (用來在memcheck的輸出中生成行號，如果出現錯誤，可以定位到錯誤出現的位置)--leak-check=full 指的是完全檢查內存洩漏
a.out 為需要檢查的可執行程序

1. 使用未初始化的內存

#include 
#include 
 
int main(void)
{
    char *p;
 
    char c = *p;  //使用未初始化的內存
 
    printf(
 [%c]
,c);
 
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們嘗試使用未初始化的指針“p”,讓我們運行 Memcheck 來檢查結果：

2. 在內存被釋放後進行讀/寫

#include 
#include 
 
int main(void)
{
    char *p = malloc(1);
    *p = 'a';
 
    char c = *p;
 
    printf(
 [%c]
,c);
 
    free(p);
    c = *p;//在內存被釋放後進行讀/寫
    
    return 0;
}

調試結果如下：

3. 從已分配內存塊的尾部進行讀/寫

#include 
#include 
 
int main(void)
{
    char *p = malloc(1);
    *p = 'a';
 
    char c = *(p+1); //從已分配內存塊的尾部進行讀/寫
 
    printf(
 [%c]
,c);
 
    free(p);
    return 0;
}

調試結果如下：

4. 內存洩露

#include 
#include 

//在這次的代碼中, 我們申請了一個字節但是沒有將它釋放
int main(void)
{
    char *p = malloc(1);
    *p = 'a';
 
    char c = *p;
 
    printf(
 [%c]
,c);
 
    return 0;
}

調試結果如下：

5. 不匹配地使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[]

#include 
#include 
#include
 
int main(void)
{
    char *p = (char*)malloc(1);
    *p = 'a';
 
    char c = *p;
 
    printf(
 [%c]
,c);
    delete p;
    return 0;
}

上面的代碼中，我們使用了malloc()來分配內存，但是使用了delete操作符來刪除內存。
注意: 使用g++來編譯上面的代碼，因為delete操作符是在C++中引進的，而要編譯C++需要使用g++。

 

調試結果如下：

 

6. 兩次釋放內存

 

#include 
#include 
 
int main(void)
{
    char *p = (char*)malloc(1);
    *p = 'a';
 
    char c = *p;
    printf(
 [%c]
,c);
    free(p);
    free(p);
    return 0;
}

調試結果如下：