雜記——關於DUBUG_NEW

VC++中本身就有內存泄漏檢查的機制,可以在嚮導生成的支持MFC的工程中看到如下代碼:
  #ifdef _DEBUG
  #define new DEBUG_NEW
  #undef THIS_FILE
  static char THIS_FILE[] = __FILE__;
  #endif

先具體解釋一下:

#ifdef _DEBUG //如果有定義_DEBUG 
#define new DEBUG_NEW //將new宏定義成DEBUG_NEW, 
那麼則是代碼中有new的都換成DEBUG_NEW。 
#undef THIS_FILE//取消THIS_FILE的宏定義 
static char THIS_FILE[] = __FILE__;//將THIS_FILE 
定義成一個數組,該數組用static聲名,則只能在該文件內訪問。__FILE__是gcc定義的一個擴展宏,代表的該文件的文件名。 
#endif//這個不用說了吧 

有了這樣的宏定義,在編譯DEBUG版時,出現在這個cpp文件中的所有new都被替換成DEBUG_NEW了。那麼DEBUG_NEW是什麼呢?DEBUG_NEW也是一個宏,以下摘自afx.h,1632行

#define DEBUG_NEW new(THIS_FILE, __LINE__)

所以如果有這樣一行代碼:

char* p = new char[200];

經過宏替換就變成了:

char* p = new( THIS_FILE, __LINE__)char[200];

根據C++的標準,對於以上的new的使用方法,編譯器會去找這樣定義的operator new:

void* operator new(size_t, LPCSTR, int)

我們在afxmem.cpp 63行找到了一個這樣的operator new 的實現

void* AFX_CDECL operator new(size_t nSize, LPCSTR lpszFileName, int nLine)

{

       return ::operator new(nSize, _NORMAL_BLOCK, lpszFileName, nLine);

}

void* __cdecl operator new(size_t nSize, int nType, LPCSTR lpszFileName, int nLine)

{

       …

              pResult = _malloc_dbg(nSize, nType, lpszFileName, nLine);

              if (pResult != NULL)

                     return pResult;

       …

}

第二個operator new函數比較長,爲了簡單期間,我只摘錄了部分。很顯然最後的內存分配還是通過_malloc_dbg函數實現的,這個函數屬於MS C-Runtime Library 的Debug Function。這個函數不但要求傳入內存的大小,另外還有文件名和行號兩個參數。文件名和行號就是用來記錄此次分配是由哪一段代碼造成的。如果這塊內存在程序結束之前沒有被釋放,那麼這些信息就會輸出到Debug窗口裏。

這裏順便提一下THIS_FILE,__FILE和__LINE__。__FILE__和__LINE__都是編譯器定義的宏。當碰到__FILE__時,編譯器會把__FILE__替換成一個字符串,這個字符串就是當前在編譯的文件的路徑名。當碰到__LINE__時,編譯器會把__LINE__替換成一個數字,這個數字就是當前這行代碼的行號。在DEBUG_NEW的定義中沒有直接使用__FILE__,而是用了THIS_FILE,其目的是爲了減小目標文件的大小。假設在某個cpp文件中有100處使用了new,如果直接使用__FILE__,那編譯器會產生100個常量字符串,這100個字符串都是這個cpp文件的路徑名,顯然十分冗餘。如果使用THIS_FILE,編譯器只會產生一個常量字符串,那100處new的調用使用的都是指向常量字符串的指針。

再次觀察一下由MFC Application Wizard生成的項目,我們會發現在cpp文件中只對new做了映射,如果你在程序中直接使用malloc函數分配內存,調用malloc的文件名和行號是不會被記錄下來的。如果這塊內存發生了泄漏,MS C-Runtime Library仍然能檢測到,但是當輸出這塊內存塊的信息,不會包含分配它的的文件名和行號。

要在非MFC程序中打開內存泄漏的檢測功能非常容易,你只要在程序的入口處加入以下幾行代碼:

int tmpFlag = _CrtSetDbgFlag( _CRTDBG_REPORT_FLAG );

tmpFlag |= _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF;

_CrtSetDbgFlag( tmpFlag );

這樣,在程序結束的時候,也就是winmain,main或dllmain函數返回之後,如果還有內存塊沒有釋放,它們的信息會被打印到Debug窗口裏。

如果你試着創建了一個非MFC應用程序,而且在程序的入口處加入了以上代碼,並且故意在程序中不釋放某些內存塊,你會在Debug窗口裏看到以下的信息:

{47} normal block at 0x00C91C90, 200 bytes long.

 Data: <                > 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F

內存泄漏的確檢測到了,但是和上面MFC程序的例子相比,缺少了文件名和行號。對於一個比較大的程序,沒有這些信息,解決問題將變得十分困難。

爲了能夠知道泄漏的內存塊是在哪裏分配的,你需要實現類似MFC的映射功能,把new,maolloc等函數映射到_malloc_dbg函數上。這裏我不再贅述,你可以參考MFC的源代碼。

由於Debug Function實現在MS C-RuntimeLibrary中,所以它只能檢測到堆內存的泄漏,而且只限於malloc,realloc或strdup等分配的內存,而那些系統資源,比如HANDLE,GDI Object,或是不通過C-Runtime Library分配的內存,比如VARIANT,BSTR的泄漏,它是無法檢測到的,這是這種檢測法的一個重大的侷限性。另外,爲了能記錄內存塊是在哪裏分配的,源代碼必須相應的配合,這在調試一些老的程序非常麻煩,畢竟修改源代碼不是一件省心的事,這是這種檢測法的另一個侷限性。

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