学习打造自己的DEBUG_NEW

学习范例http://www.cppblog.com/Robertxiao/archive/2012/11/05/194547.html

在使用MFC库开发程序时，我非常喜欢MFC框架中的内存泄漏诊断机制，它的确能很好地帮助我们查找出内存泄漏。可是链接了MFC库也使得生成的可执行文件大了许多，这个没什么负面影响。

最可怕的是如果仅为了使用内存诊断机制，而带来了链接库冲突的麻烦。我也是在遇到这个问题时，才写出了一个简易的内存诊断机制。

一般大家都误以为这些内存泄漏的检测功能是由MFC提供的，其实不然。MFC只是封装和利用了MS C-Runtime Library的Debug Function。

非MFC程序也可以利用MS C-Runtime Library的Debug Function加入内存泄漏的检测功能。MS C-Runtime Library在实现malloc/free，strdup等函数时已经内建了内存泄漏的检测功能。

注意观察一下由MFC Application Wizard生成的项目，在每一个cpp文件的头部都有这样一段宏定义：

#ifdef _DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE[] = __FILE__;

#endif

有了这样的定义，在编译DEBUG版时，出现在这个cpp文件中的所有new都被替换成DEBUG_NEW了。那么DEBUG_NEW是什么呢？DEBUG_NEW也是一个宏，以下摘自afx.h，1632行

#define DEBUG_NEW new(THIS_FILE, __LINE__)

所以如果有这样一行代码：

char* p = new char[200];

经过宏替换就变成了：

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

根据C++的标准，对于以上的new的使用方法，编译器会去找这样定义的operator new：

void* operator new(size_t, LPCSTR, int)

我们在afxmem.cpp 63行找到了一个这样的operator new 的实现

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;

　…

}

　　第二个operator new函数比较长，为了简单期间，我只摘录了部分。很显然最后的内存分配还是通过_malloc_dbg函数实现的，这个函数属于MS C-Runtime Library 的Debug Function。这个函数不但要求传入内存的大小，另外还有文件名和行号两个参数。文件名和行号就是用来记录此次分配是由哪一段代码造成的。如果这块内存在程序结束之前没有被释放，那么这些信息就会输出到Debug窗口里。

　　这里顺便提一下THIS_FILE，__FILE和__LINE__。__FILE__和__LINE__都是编译器定义的宏。当碰到__FILE__时，编译器会把__FILE__替换成一个字符串，这个字符串就是当前在编译的文件的路径名。当碰到__LINE__时，编译器会把__LINE__替换成一个数字，这个数字就是当前这行代码的行号。在DEBUG_NEW的定义中没有直接使用__FILE__，而是用了THIS_FILE，其目的是为了减小目标文件的大小。假设在某个cpp文件中有100处使用了new，如果直接使用__FILE__，那编译器会产生100个常量字符串，这100个字符串都是飧?/SPAN>cpp文件的路径名，显然十分冗余。如果使用THIS_FILE，编译器只会产生一个常量字符串，那100处new的调用使用的都是指向常量字符串的指针。

　　再次观察一下由MFC Application Wizard生成的项目，我们会发现在cpp文件中只对new做了映射，如果你在程序中直接使用malloc函数分配内存，调用malloc的文件名和行号是不会被记录下来的。如果这块内存发生了泄漏，MS C-Runtime Library仍然能检测到，但是当输出这块内存块的信息，不会包含分配它的的文件名和行号。

要在非MFC程序中打开内存泄漏的检测功能非常容易，你只要在程序的入口处加入以下几行代码：

int tmpFlag = _CrtSetDbgFlag( _CRTDBG_REPORT_FLAG );

tmpFlag |= _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF;

_CrtSetDbgFlag( tmpFlag );

　　这样，在程序结束的时候，也就是winmain，main或dllmain函数返回之后，如果还有内存块没有释放，它们的信息会被打印到Debug窗口里。

如果你试着创建了一个非MFC应用程序，而且在程序的入口处加入了以上代码，并且故意在程序中不释放某些内存块，你会在Debug窗口里看到以下的信息：

{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

　　内存泄漏的确检测到了，但是和上面MFC程序的例子相比，缺少了文件名和行号。对于一个比较大的程序，没有这些信息，解决问题将变得十分困难。

　　为了能够知道泄漏的内存块是在哪里分配的，你需要实现类似MFC的映射功能，把new，maolloc等函数映射到_malloc_dbg函数上。这里我不再赘述，你可以参考MFC的源代码。

　　由于Debug Function实现在MS C-RuntimeLibrary中，所以它只能检测到堆内存的泄漏，而且只限于malloc，realloc或strdup等分配的内存，而那些系统资源，比如HANDLE，GDI Object，或是不通过C-Runtime Library分配的内存，比如VARIANT，BSTR的泄漏，它是无法检测到的，这是这种检测法的一个重大的局限性。另外，为了能记录内存块是在哪里分配的，源代码必须相应的配合，这在调试一些老的程序非常麻烦，毕竟修改源代码不是一件省心的事，这是这种检测法的另一个局限性。

//头文件
#pragma once
#include <crtdbg.h>
#include <malloc.h>

#ifdef _DEBUG
#define THIS_FILE __FILE__
//添加宏定义,使用malloc分配内存也能检测到内存泄漏
#define   malloc(s)   _malloc_dbg(s, _NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)

//设置使用new分配内存能检测到内存泄漏
void* _cdecl operator new(size_t nSize, int nType, const char* lpszFileName, int nLine);

//覆盖operator new 和 delete 运算符,
void* _cdecl operator new(size_t nSize, const char* lpszFileName, int nLine);
void* __cdecl operator new[](size_t nSize, const char* lpszFileName, int nLine);
void __cdecl operator delete(void* p);
void __cdecl operator delete[](void* p);

#define DEBUG_NEW new(THIS_FILE, __LINE__)
#else
#define DEBUG_NEW new
#endif  //_DEBUG


//mfc的afx.h头文件中关于new覆盖的定义
// Memory tracking allocation

//void* AFX_CDECL operator new(size_t nSize, LPCSTR lpszFileName, int nLine);
//#define DEBUG_NEW new(THIS_FILE, __LINE__)
//void AFX_CDECL operator delete(void* p, LPCSTR lpszFileName, int nLine);
//
//void * __cdecl operator new[](size_t);
//void* __cdecl operator new[](size_t nSize, LPCSTR lpszFileName, int nLine);
//void __cdecl operator delete[](void* p, LPCSTR lpszFileName, int nLine);
//void __cdecl operator delete[](void *);

//实现文件
//#include "StdAfx.h"
#include <malloc.h>
#include "DebugNew.h"


namespace
{
    class AutoDetectMemory
    {
    public:
        AutoDetectMemory()
        {
#ifdef _DEBUG
            _CrtSetReportMode(_CRT_ERROR, _CRTDBG_MODE_DEBUG);
            _CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
#endif
        }
    };

    static AutoDetectMemory gs_am;

}


void* _cdecl operator new(size_t nSize, const char* lpszFileName, int nLine)
{
    return ::operator new(nSize, _NORMAL_BLOCK, lpszFileName, nLine);
}

void* __cdecl operator new[](size_t nSize, const char* lpszFileName, int nLine)
{
    return ::operator new(nSize, _NORMAL_BLOCK, lpszFileName, nLine);
}

void __cdecl operator delete(void* p)
{
#ifdef _DEBUG
    _free_dbg(p, _NORMAL_BLOCK);
#else
    free(p);
#endif
}

void __cdecl operator delete[](void* p)
{
    ::operator delete(p);
}

void* __cdecl operator new(size_t nSize, int nType, const char* lpszFileName, int nLine)
{
#ifdef _DEBUG
    return _malloc_dbg(nSize, nType, lpszFileName, nLine);
#else
    //UNREFERENCED_PARAMETER(nType);
    //UNREFERENCED_PARAMETER(lpszFileName);
    //UNREFERENCED_PARAMETER(nLine);
    return ::operator new(nSize);
#endif
}

测试结果：

使用方式：

在stdafx.h中包含头文件

在要用诊断机制的文件中加入如下的代码。
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#endif

这样不管是new申请的内存泄漏，还是malloc申请的内存泄漏在程序正常退出后都会输出在Debug窗口里。而且都会显示完整文件路径、行数、泄漏字节数。