如何避免和检查C++中的内存错误

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内存问题一直是C/C++程序员的心头大患，因为没有GC机制，所以需要我们自己管理内存。在 一文中，讲述了几种内存错误的例子，那么避免这些陷阱呢？

1. new/delete 、malloc/free、new[]/delete[] 不匹配，导致的内存污染或者内存泄漏

2. 野指针，delete/free之后，没有置NULL，再次使用

3. delete/free之后，再次释放，double free

3. 申请内存之后，没有判断是否成功，直接使用

4. 内存越界，数组下标越界

5. memset 参数错误，造成 内存踩踏， 污染内存

6. 函数返回指向局部指针变量，离开作用域，变量失效了，再使用就可能发生异常。注意，编译时会有警告。空悬指针

7. 内存分配成功，没有初始化

8. 类成员中含有类对象，但使用memset等函数进行内存操作

9. map erase 删除操作会使当前指向被删除元素的迭代器失效。要注意这样删除map.erase(it_pos++);， 这样map.erase(it_pos);再继续访文迭代器是错误的。

10. 缓冲区溢出

unique_ptr是独享被管理对象指针所有权的智能指针，离开作用域之后会自动销毁对象释放资源，可以解决原始指针易别重复释放或者不释放（即内存泄漏）的问题。

shared_ptr可以解决空悬指针和野指针的问题。shared_ptr中最关键的是增加了一个引用计数，用来标识多少个智能指针访问此资源，这样相比unique_ptr它就可以复制拷贝。并且作为一个原子变量，它本身是线程安全的。但是一定要注意，它所管理的对象不是线程安全的。

如cppcheck，clang-tidy等

以cppcheck为例子，它可以辅助检查代码，如下问题

1. 自动变量检查

2. 数组的边界检查

3. class类检查

4. 过期的函数，废弃函数调用检查

5. 异常内存使用，释放检查

6. 内存泄漏检查，主要是通过内存引用指针

7. 操作系统资源释放检查，中断，等

8. 异常STL 函数使用检查

9. 代码格式错误，以及性能因素检查

还有一些具体的未定义行为

最常用的命令格式(test为我们的应用程序)：

valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./test

对与malloc()/free()/new/delete的调用都会被捕获。下列问题，它都能动态的检测出来

基本原理如下图所示

Memcheck 会建立了两张全局表

Valid-Value 表：这张表存放了进程地址空间的所有有效数据和CPU寄存器。

Valid-Address 表：1个bit位映射进程地址空间中的一个字节(byte)，负责记录该地址是否能够被读写。

Memcheck中内置一个虚拟CPU（ 英文为 synthetic CPU、直译为合成CPU），结合上述两张表进行工作。

当内存中的某个字节被加载到CPU中的时候，也会被加载到虚拟CPU中。如果寄存器中的值，对内存产生变化，那么memcheck将会检查Vaild-Value Map, 如果找不到就是尚未初始化，则报告未初始化内存错误。如果读写内存中的某个字节，则会检查Vaild-Address Map，如果这个位置标记的是无效位置，则报告读写错误。valgrind 功能很强大，也不只memcheck一个工具，如果对这块感兴趣，强烈建议直接参考官网的手册 。

同事之间相互review code，可以提高代码质量。

参考

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