一个C语言内存管理模块的实现
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2022-05-14 09:12:14
C 内存管理模块的编写 C语言手动管理内存很困难,有时候很难发现内存泄漏,这两天看了一下里面有写了一个简单的内存管理模块,发现挺精巧,可以有效检测内存泄漏 原理很简单,就是把C的malloc函数分配的内存用一个链表记录起来,最后查看这个链表是否还有节点就可以判断是否有内存泄漏了 首先我们先看一下这个 ......
c 内存管理模块的编写
c语言手动管理内存很困难,有时候很难发现内存泄漏,这两天看了一下里面有写了一个简单的内存管理模块,发现挺精巧,可以有效检测内存泄漏
原理很简单,就是把c的malloc函数分配的内存用一个链表记录起来,最后查看这个链表是否还有节点就可以判断是否有内存泄漏了
首先我们先看一下这个链表的数据结构
//标记数组的大小 #define mark_size 4 typedef struct mem_header mem_header; struct mem_header { int size;//后面内存分配的大小 mem_header *next;//下一个节点的指针 mem_header *prev;//上一个节点的指针 char *filename;//文件名指针 int line;//在第几行 unsigned char mark[mark_size];//标记数组,这个数据用来表示这块内存是否被破坏了 }
这个mark数组我们将用 0xcd填充,如果这个数组被动过了就说明这块内存被破坏了
我们每次malloc一块内存的时候,这个结构体就会被添加到这块内存的头部
就像这样:
void *p = malloc(size); mem_header *header = (mem_header *)p; //然后设置header信息 /*省略一些赋值过程*/ return (char*)header+sizeof(mem_header);
这样外部拿到的指针就可以随便用了,回收的时候还可以重新推出头部指针的信息,然后从链表中删除这个节点
为了防止后面溢出,可以在后面内存也加上 mark数组 这样我们每次分配的内存大小是 sizeof(mem_header) + size + mark_size
其中size是需要分配的大小,mark_size是在后面加的标记数组
我们用malloc初始化的时候经常碰到0,我们把这块内存填充0xcc(没意义的值别的其实也行),更容易发现错误
memset(p, 0xcc, willalloc);
我们先来看第一个函数:
//size 需要分配的大小 //filename 文件名 //line 行好 void *mem_alloc(mem_controller *controller, size_t size, char *filename, int line) { int willalloc = size + mem_header_size + mark_size;//实际分配大小 void *p = malloc(willalloc); if (!p) controller->handle(controller, filename, line, "malloc null"); //填充数组 memset(p, 0xcc, willalloc); //设置头部一些信息 mem_setheader(p, size, filename, line); //设置tail的信息 mem_settail(p, size); //把这个节点添加到链表中 mem_addchain(controller, (mem_header *)p); return (char *)p + mem_header_size; }
这个函数就是分配一个内存,controller是控制器,实际上就是负责打印和保存头指针的
filename和line就是分配空间时候的文件和行号,可以用宏定义解决可以百度一下这两个宏__line__,__file__
内存释放:从链表中删除这个节点
void mem_free(mem_controller *controller, void *p, char *filename, int line) { if (!p) return; //头信息 mem_header *header = (char *)p - mem_header_size; //check header and tail //检查是不是mark数组损坏了 mem_check(controller, header, filename, line); //移除节点 mem_rmchain(controller, header); free(header); }
打印所有链表中的节点
void mem_dumps(mem_controller *controller) { mem_header *pos = controller->memheader; file *fp = stderr; int counter = 0; for (pos = controller->memheader; pos; pos = pos->next) { mem_check(controller, pos, pos->filename, pos->line); fprintf(fp, "[%04d]%p********************\n", counter, (char *)pos + mem_header_size); fprintf(fp, "%s line %d size..%d\n", pos->filename, pos->line, pos->size); counter++; } }
为了方便我们使用,我们可以设置几个宏定义
typedef struct mem_controller mem_controller; extern mem_controller *pcontrol; void *mem_alloc(mem_controller *controller, size_t size, char *filename, int line); void mem_free(mem_controller *controller, void *p, char *filename, int line); void mem_dumps(mem_controller *controller); #define current_mem_controller pcontrol #define mem_alloc_func(size) mem_alloc(current_mem_controller, size, __file__, __line__) #define mem_free_func(p) mem_free(current_mem_controller, p, __file__, __line__) #define mem_dump_func() mem_dumps(current_mem_controller)
那个extern全局变量是别的文件定义的指针,__file__
会自动替换文件名,这样我们就可以看到是哪里的内存没有被释放
使用的时候也简单了很多直接用宏定义就可以了
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include "mem.h" void fill_buffer(unsigned char *buf, int size) { int i; for (i = 0; i < size; i++) { buf[i] = i; } } void mem_print(unsigned char *p, int size) { for (int i = 0; i < size; i++) { fprintf(stderr, "%02x", p[i]); } fprintf(stderr, "\n"); } int main() { void *p = mem_alloc_func(10); mem_print(p, 10); void *p2 = mem_alloc_func(10); mem_print(p2, 10); void *p3 = mem_alloc_func(10); mem_print(p3, 10); mem_dump_func(); fprintf(stderr, "try to clear\n"); mem_free_func(p2); mem_free_func(p); mem_free_func(p3); mem_dump_func(); fprintf(stderr, "then to malloc\n"); p = mem_alloc_func(10); fill_buffer(p, 10); p = mem_realloc_func(p, 20); mem_print(p, 24); mem_dump_func(); return 0; }
我们可以看到泄漏的大小和行号
原版的代码的联合体是用来内存对齐的加快访问速度
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