技术回归01-Windows内存分配工具

很久没有写技术方面的东西了，这半年主要是在学习别人的东西，对自己提高比较大，算是一次技术回笼吧，这次学习之旅目的是结束技术方面的专注，开始向应用方面找突破口，也就是完成技术积累或者为技术的积累做坚实的准备。

c/C++的一个让人疯狂的地方就是内存管理，非法访问、越界、野指针、泄漏、内存分配器等诸多问题，有时候一个编程老手也会迷惘困惑。Crt有一些堆栈检查的函数可以完成基本的内存状况检查，MFC也有一些简单的对象检查机制，当然好的算是java、.net等sdk的超重量级封装了，即使发生对象错误也能把堆栈信息明明白白的告诉你（至少表面上是这样，具体我对这两种语言没有做过开发）。下面介绍的是某牛公司实现的内存分配工具，基本实现了内存泄漏检查，对象合法性检查，对于我来说已经够用了。

为了对内存分配块进行跟踪，设计如下结构体：

//+--------------------------------------------------------------
//
// 每个请求分配内存块的前缀结构体
// 用来跟踪所有请求分配块以及请求分配名称
//
//---------------------------------------------------------------
struct DBGALLOCHDR
{
    DBGALLOCHDR*    pdbgahPrev; // 前一个内存块头
    DBGALLOCHDR*    pdbgahNext; // 后一个内存块头
    DWORD           iAllocated; // 记录是第几次请求分配操作
    DWORD           tid;        // 请求分配线程的ID
    size_t          cbRequest;  // 请求分配大小
    char            szName[64]; // 请求分配块名称
    DWORD           adwGuard[4];// 保护头
};

//+--------------------------------------------------------------
//
// 每个请求分配内存块的后缀结构体
// 使用特定的数据填充用来检测指针是合法
//
//---------------------------------------------------------------
struct DBGALLOCFOOT
{
    DWORD adwGuard[4];
};

// 内存跟踪块的根，通过根可以获取所有分配块
DBGALLOCHDR g_dbgahRoot =
{
    &g_dbgahRoot,
    &g_dbgahRoot,
    0,
    (DWORD)-1
};

为了实现多线程内存分配跟踪，采用Tls技术使用线程局部对象保存当前分配信息:

// 线程局部对象结构体，辅助实现每个线程的请求内存分配记录
struct DBGTHREADSTATE
{
    DBGTHREADSTATE* ptsNext;
    DBGTHREADSTATE* ptsPrev;

    // Add globals below
    void*           pvRequest;  // 线程最后一次请求分配内存的指针
    size_t          cbRequest;  // 线程最后一次请求分配内存的大小
};



// 调试期间实际分配内存大小=请求分配+分配头+分配尾
size_t _ActualSizeFromRequestSize(size_t cb)
{
    return cb+sizeof(DBGALLOCHDR)+sizeof(DBGALLOCFOOT);
}

主要实现的内存分配工具有如下这些：

void*   _MemAlloc(ULONG cb);
void*   _MemAllocClear(ULONG cb);
HRESULT _MemRealloc(void** ppv, ULONG cb);
ULONG   _MemGetSize(void* pv);
void    _MemFree(void* pv);
HRESULT _MemAllocString(LPCTSTR pchSrc, LPTSTR* ppchDst);
HRESULT _MemAllocString(ULONG cch, LPCTSTR pchSrc, LPTSTR* ppchDst);
HRESULT _MemReplaceString(LPCTSTR pchSrc, LPTSTR* ppchDest);

#define MemAlloc(cb)                            _MemAlloc(cb)
#define MemAllocClear(cb)                       _MemAllocClear(cb)
#define MemRealloc(ppv, cb)                     _MemRealloc(ppv, cb)
#define MemGetSize(pv)                          _MemGetSize(pv)
#define MemFree(pv)                            _MemFree(pv)
#define MemAllocString(pch, ppch)               _MemAllocString(pch, ppch)
#define MemAllocStringBuffer(cch, pch, ppch)    _MemAllocString(cch, pch, ppch)
#define MemReplaceString(pch, ppch)             _MemReplaceString(pch, ppch)
#define MemFreeString(pch)                      _MemFree(pch)

通过宏实现类的new delete重写：

#define DECLARE_MEMALLOC_NEW_DELETE() 
    inline void* __cdecl operator new(size_t cb)    { return(MemAlloc(cb)); } 
    inline void* __cdecl operator new[](size_t cb)  { return(MemAlloc(cb)); } 
    inline void __cdecl operator delete(void* pv)   { MemFree(pv); }

#define DECLARE_MEMCLEAR_NEW_DELETE() 
    inline void* __cdecl operator new(size_t cb)    { return(MemAllocClear(cb)); } 
    inline void* __cdecl operator new[](size_t cb)  { return(MemAllocClear(cb)); } 
    inline void __cdecl operator delete(void* pv)   { MemFree(pv); }

在应用的时候可以重写全局new delete：

// 测试全局new delete
void* __cdecl operator new(size_t cb)    { return(MemAlloc(cb)); }
void* __cdecl operator new[](size_t cb)  { return(MemAlloc(cb)); }
void __cdecl operator delete(void* pv)   { MemFree(pv); }

使用注意：
进程启动时候需要调用：
_DbgDllProcessAttach();
_afxGlobalData._hProcessHeap = GetProcessHeap();

进程退出的时候需要调用：
_DbgDllProcessDetach();

测试用例：

// 测试基本类型
void TestBuiltin()
{
    // 基本类型
    int* pInt = new int(10);
    int* pIntAry = new int[10];
    char* pStr = new char[100];
    MemSetName((pStr, "String"));
}

// 测试class
void TestClass()
{
    Cls* pCls = new Cls();
}

// 测试释放
void TestOk()
{
    Cls* pCls = new Cls();
    delete pCls;
    pCls = NULL;
}

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter)
{
    int* pIntAry = new int[100];
    return 0;
}

// 测试多线程
void TestMultiThread()
{
    HANDLE hHandle = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
    WaitForSingleObject(hHandle, -1);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    _DbgDllProcessAttach();

    _afxGlobalData._hProcessHeap = GetProcessHeap();

    TestBuiltin();
    TestClass();
    TestMultiThread();
    TestOk();

    _DbgDllProcessDetach();
    return 0;
}

调试输出窗口结果：
A +    4 -    0 = [      4]
A +   40 -    0 = [     44]
A +  100 -    0 = [    144]
A +    8 -    0 = [    152]
A +  400 -    0 = [    552]
The thread 0x1D38 has exited with code 0 (0x0).
A +    8 -    0 = [    560]
F +    0 -    8 = [    552]
---------- Leaked Memory Blocks ----------
p=0x00144354  cb=400  #=4    TID:0x1d38 
p=0x00144294  cb=8    #=3    TID:0x1878 
p=0x001441a4  cb=100  #=2    TID:0x1878 String
p=0x001440ec  cb=40   #=1    TID:0x1878 
p=0x00142a54  cb=4    #=0    TID:0x1878 
total size 552, peak size 560
---------- Leaked Memory Blocks End ------

其中A表示分配 F表示释放

该工具本人初试没有中毒症状，打算纳入个人小宝库中，希望大家喜欢！

下载。

http://www.cppblog.com/wlwlxj/archive/2009/06/03/86660.html