重载new和delete来检测内存泄漏
1. 简述
内存泄漏属于资源泄漏的一种，百度百科将内存泄漏分为四种：常发性内存泄漏、偶发性内存泄漏、一次性内存泄漏和隐式内存泄漏。
常发性指：内存泄漏的代码会被多次执行到。偶发性指：内存泄漏的代码只有在特定的条件下才会执行到。一次性指：内存泄漏的代码只会被执行到一次。隐式指：程序在运行中不断的开辟内存，知道程序结束时才释放内存，本质上虽然没有内存泄漏，但是如果这个程序在连续运行很长时间，会耗尽所有内存，导致系统崩溃。
下面首先介绍内存检测的基本原理，然后给出代码样例，最后说明针对四种内存泄漏进行检测的想法。
2. 基本原理
内存泄漏就是new出来的内存没有通过delete合理的释放掉。new和delete这两个函数就是关键点。可以重载new和delete，每次new中开辟一块内存就用链表把这个内存的信息保存下来，每次用delete删除一块内存就从链表中删除这块内存的记录。
3. 代码样例
2 using namespace std;
3 //---------------------------------------------------------------
4 // 内存记录
5 //---------------------------------------------------------------
6 class MemInfo {
7 private:
8 void* ptr;
9 const char* file;
10 unsigned int line;
11 MemInfo* link;
12 friend class MemStack;
13 };
14 //---------------------------------------------------------------
15 // 内存记录栈
16 //---------------------------------------------------------------
17 class MemStack {
18 private:
19 MemInfo* head;
20 public:
21 MemStack():head(NULL) { }
22 ~MemStack() {
23 MemInfo* tmp;
24 while(head != NULL) {
25 free(head->ptr); // 释放泄漏的内存
26 tmp = head->link;
27 free(head);
28 head = tmp;
29 }
30 }
31 void Insert(void* ptr, const char* file, unsigned int line) {
32 MemInfo* node = (MemInfo*)malloc(sizeof(MemInfo));
33 node->ptr = ptr; node->file = file; node->line=line;
34 node->link = head; head = node;
35 }
36 void Delete(void* ptr) {
37 MemInfo* node = head;
38 MemInfo* pre = NULL;
39 while(node != NULL && node->ptr!=ptr) {
40 pre = node;
41 node = node->link;
42 }
43 if(node == NULL)
44 cout << "删除一个没有开辟的内存" << endl;
45 else {
46 if(pre == NULL) // 删除的是head
47 head = node->link;
48 else
49 pre->link = node->link;
50 free(node);
51 }
52 }
53 void Print() {
54 if(head == NULL) {
55 cout << "内存都释放掉了" << endl;
56 return;
57 }
58 cout << "有内存泄露出现" << endl;
59 MemInfo* node = head;
60 while(node != NULL) {
61 cout << "文件名: " << node->file << " , " << "行数: " << node->line << " , "
62 << "地址: " << node->ptr << endl;
63 node = node->link;
64 }
65 }
66 };
67 //---------------------------------------------------------------
68 // 全局对象 mem_stack记录开辟的内存
69 //---------------------------------------------------------------
70 MemStack mem_stack;
71 //---------------------------------------------------------------
72 // 重载new,new[],delete,delete[]
73 //---------------------------------------------------------------
74 void* operator new(size_t size, const char* file, unsigned int line) {
75 void* ptr = malloc(size);
76 mem_stack.Insert(ptr, file, line);
77 return ptr;
78 }
79 void* operator new[](size_t size, const char* file, unsigned int line) {
80 return operator new(size, file, line); // 不能用new
81 }
82 void operator delete(void* ptr) {
83 free(ptr);
84 mem_stack.Delete(ptr);
85 }
86 void operator delete[](void* ptr) {
87 operator delete(ptr);
88 }
89 //---------------------------------------------------------------
90 // 使用宏将带测试代码中的new和delte替换为重载的new和delete
91 //---------------------------------------------------------------
92 #define new new(__FILE__,__LINE__)
93 //---------------------------------------------------------------
94 // 待测试代码
95 //---------------------------------------------------------------
96 void bad_code() {
97 int *p = new int;
98 char *q = new char[5];
99 delete []q;
100 }
101
102 void good_code() {
103 int *p = new int;
104 char *q = new char[5];
105 delete p;
106 delete []q;
107 }
108 //---------------------------------------------------------------
109 // 测试过程
110 //---------------------------------------------------------------
111 int main() {
112 good_code();
113 bad_code();
114 mem_stack.Print();
115 system("PAUSE");
116 return 0;
117 }
输出结果为：
可见97行开辟的int，没有delete掉，输出结果也显示为97行。
4. 代码说明
4.1 关于new的参数问题。
对于new int，编译器会解释为new(sizeof(int))，对于new int[5]，编译器会解释为new(sizeof(int)*5)。因此使用宏定义预编译后，new int就变为new (__FILE__,__LINE__) int，编译器会解释为new(sizeof(int), __FILE__,__LINE__)。
4.2 关于MemStack
MemStack内部也是一个链表结构，注意内部实现不能使用new和delete，只能使用malloc和free来实现链表，因为待测代码中的重载new和delete中调用了MemStack的insert和delete函数，如果insert和delete函数也调用重载后的new和delete的话，会构成死循环的，所以直接使用free和malloc比较好。
MemStack中的析构函数，会释放掉泄漏掉的内存。
5. 使用思考
对于常发性和一次性的内存泄漏代码，直接放入测试就好了。对于偶发性的内存泄漏代码，只要满足特定条件，那么也就转化为常发性或者一次性的内存泄漏了。
对于隐式内存泄漏，由于程序是在很长一段时间之后导致内存耗尽，我们需要长时间观察，每隔一段时间比较一下内存的使用量，如果在一个较长的时间内，内存使用量持续增加，那么可以考虑是内存泄漏。不过调试起来可能会比较麻烦，还是需要重新审视程序设计的。
6. 参考
百度百科_内存泄漏：介绍内存泄漏的基本分类。
http://baike.baidu.com/view/714962.htm
如何检查内存泄漏-重载new和delete：十分生动的说明。
http://www.cppblog.com/dawnbreak/articles/76223.html
一个跨平台的C++内存泄漏检测器：十分专业化的讲解和实现。
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-mleak2/index.html
