解决内存管理问题的最佳利器-valgrind
软件技术分享2019-12-08 21:27
Valgrind是一个动态分析工具，能够自动检测许多内存管理问题、线程bug, 并且能够分析程序的状况。它内部支持多个工具集，包括内存错误检测器，线程错误检测器，缓存分析器、堆分析器等，默认使用的是内存检测器(memcheck), 它是使用最多的一个内存检测工具。当然，你也可以基于Valgrind自己建立新的工具。
Valgrind支持的平台有：
Valgrind是开源免费的软件，基于GNU General Public License, version 2。
一、快速入门
Valgrind工具集中最受欢迎的是memcheck, 它满足大部分的场景。memcheck能够检测内存相关的错误，并且是采用C/C++编译的程序，程序运行过程中奔溃或者不可预料的行为都可以使用Valgrind中的memcheck来进行检测。
使用Valgrind前，采用-g选项编译程序，这样memcheck才能够提取到具体的行号信息，同时可以使用-O0优化选项，但是如果使用-O1选项，那么显示的行号信息可能就不准确；不推荐使用-O2选项，如果使用的话，memcheck偶尔上报不是真的存在的未初始化的错误信息。
命令行一般的使用格式如下所示，–leak-check=yes是打开内存泄露的检测器。
下面提供一个C++例子，该例子有内存泄露和访问不存在地址的两个错误：
错误信息描述如下，表示访问不存在地址，第一行“Invalid write of size 4”表明什么类型错误，写数据到内存中，而该内存是不应该访问的。1066表示进程id号。如果错误的堆栈信息显示不够显示，那么可以加上选项–num-callers，再加上层级数量，比如–num-callers=20。
内存泄露的错误信息提示描述如下, 它会告诉你内存分配的位置，但是它不能告诉你内存为什么泄露。
一般有几种内存泄露的类型，比较重要的两种是definitely lost和possibly lost，definitely lost是确定内存泄露，需要修复它，possibly lost可能存在内存泄露，需要仔细确认。
另外memcheck比较经常会上报没有初始化值的信息，但是要定位到错误信息的根本原因是比较困难的，对此，可以添加参数–track-origins=yes来获取更多的信息，但是，这样会使得memcheck运行得更慢。
二、memcheck的错误信息
memcheck是内存错误的检测器，他可以检测C/C++常见的下列错误问题：
访问不应该访问的内存，例如堆溢出、栈溢出、访问已经释放的内存使用没有定义的值，例如值没有初始化不正确的释放堆内存，例如重复释放内存，malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[]没有一一对应使用使用memcpy函数，源地址和目的地址重叠向内存分配函数中，传递一个不正确的参数，例如负数内存泄露接下来将通过几个例子来说明。
非法读写错误，例如读取已经释放内存的地址，为了获取更多的信息，可以加上–read-var-info=yes的选项。
使用没有定义的值，例如定义了变量，但是没有初始化，如果信息不够详细,可以添加参数–track-origins=yes来获取更多的信息。
如果没有初始化变量，就会显示“Conditional jump or move depends on uninitialised value”信息。
非法释放地址，例如重复释放内存。
重复释放内存就会提示“Invalid free()”信息。
调用申请和释放内存的方法不匹配，例如malloc申请内存，但是使用delete来释放，对某些系统来说是不允许的，因此，为了保证程序健壮，使用malloc,那么对应使用free; 使用new,那么对应使用delete; 使用new [], 那么对应使用delete []。
三、Valgrind调用QtCreator程序
mac系统通过QtCreator创建程序之后，也可以采用Valgrind在终端上检测QtCreator生成的程序。
首先进入QtCreator编译生成的文件目录。
接着选择build开头的目录，右键弹出的列表选择“服务”->”新建位于文件夹位置的终端窗口”来启动终端, 终端输入如下所示的命令来使用Valgrind测试QtCreator编译生成的程序JQtTestStudy.app。
四、局限性
Memcheck并不完美，它也会出现误报，但是它有99%的准确性，对于它提示的信息我们应该警惕。memcheck不能检测每一种内存错误，比如它不能检测到对静态分配或堆栈上的数组的超出范围的读写，但是它还是能够检测出使得你程序奔溃的错误，例如段错误segmentation fault。五、总结
程序开发过程中，可能会遇到崩溃的问题，如果代码量很多的时候，我们可能会使用gdb来查看coredump信息，但是有时候gdb的信息比较简单，没有更加详细的堆栈信息，那么就可以考虑使用Valgrind进行分析。最近，工作中遇到一个问题，程序运行过程中，会偶发崩溃问题，使用gdb查看coredump信息，显示是重复释放内存，但是堆栈信息很少，一直找不到位置，后来使用Valgrind来查看程序，仔细查看从Valgrind提供的堆栈信息，很快找到问题的位置，原因确实是重复释放内存。
温馨提示：Valgrind经常上报了很多错误提示信息，这个可能是同样一个地方调用了多次，所以，如果解决了一个地方的问题，错误提示信息就会全部消失，需要耐心仔细。
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