山寨STL实现之内存池V2

在上一篇中我们已经实现了一个简单的内存池，可以申请更大块的内存块来减少申请小块内存块时产生的内存碎片。

在本篇中，我们需要为其加入内存泄漏的检测代码，以此来检测代码编写过程中的疏忽带来的内存泄漏。（callstack的显示暂时仅支持Windows）

一、内存泄漏检测
首先，改写obj和block结构，在obj中加入一个域released表示这个chunk是否被释放

 1     struct obj
 2     {
 3 #ifdef _DEBUG
 4         bool      released;
 5 
 6 #if defined(WIN32) && !defined(__MINGW32__) && !defined(__CYGWIN__) // Only windows can get callstack
 7 #define CALLSTACK_MAX_DEPTH 30
 8         UINT_PTR  callStack[CALLSTACK_MAX_DEPTH];
 9         DWORD     dwCallStackDepth; // Real depth
10 #endif
11 
12 #endif
13         obj*      next;
14     };
15 
16     struct block
17     {
18         block*    next;
19         void*     data;
20 #ifdef _DEBUG
21         size_type size;
22 #if defined(WIN32) && !defined(__MINGW32__) && !defined(__CYGWIN__)
23         UINT_PTR  callStack[CALLSTACK_MAX_DEPTH];
24         DWORD     dwCallStackDepth;
25 #endif
26 #endif
27     };

其中的callstack部分将在下一节中介绍

然后，我们增加一个结构

1 #ifdef _DEBUG
2     struct use
3     {
4         obj* data;
5         use* next;
6     };
7 #endif

其中data域指向了一块分配出去的小内存块，next域形成了一张链表。

然后，我们添加一个成员变量来保存这张链表，以及一个函数来将一个chunk插入这张链表

#ifdef _DEBUG
    use*      use_list;
#endif

#ifdef _DEBUG
inline void MemoryPool::addUseInfo(obj* ptr)
{
    use* p = (use*)malloc(sizeof(use));
    p->data = ptr;
    p->next = use_list;
    use_list = p;
}
#endif

然后，我们来改写refill函数使其在分配内存块时打上released标记，并将每个分配的内存块记录下来

 1 void* MemoryPool::refill(int i, void(*h)(size_type))
 2 {
 3     const int count = 20;
 4     const int preSize = (i + 1) * ALIGN + headerSize;
 5     char* p = (char*)malloc(preSize * count);
 6     while(p == 0)
 7     {
 8         h(preSize * count);
 9         p = (char*)malloc(preSize * count);
10     }
11     block* pBlock = (block*)malloc(sizeof(block));
12     while(pBlock == 0)
13     {
14         h(sizeof(block));
15         pBlock = (block*)malloc(sizeof(block));
16     }
17     pBlock->data = p;
18     pBlock->next = free_list;
19     free_list = pBlock;
20 
21     obj* current = (obj*)p;
22 #ifdef _DEBUG
23     addUseInfo(current);
24     current->released = false;
25 #endif
26     current = (obj*)((char*)current + preSize);
27     for(int j = 0; j < count - 1; ++j)
28     {
29 #ifdef _DEBUG
30         addUseInfo(current);
31         current->released = true;
32 #endif
33         current->next = chunk_list[i];
34         chunk_list[i] = current;
35         current = (obj*)((char*)current + preSize);
36     }
37     return (char*)p + headerSize;
38 }

其中的headerSize跟callstack有关，将在下一节中介绍。

当然，在deallocate时要将此内存块的released标记打为true

 1 void MemoryPool::deallocate(void* p, size_type n)
 2 {
 3     if(p == 0) return;
 4     if(n > MAX_BYTES)
 5     {
 6         free(p);
 7         return;
 8     }
 9     const int i = INDEX(ROUND_UP(n));
10 #ifdef _DEBUG
11     p = (char*)p - (int)headerSize;
12     obj* ptr = reinterpret_cast<obj*>(p);
13     if (ptr->released) throw error<char*>("chunk has already released", __FILE__, __LINE__);
14     ptr->released = true;
15 #endif
16     reinterpret_cast<obj*>(p)->next = chunk_list[i];
17     chunk_list[i] = reinterpret_cast<obj*>(p);
18 }

OK，现在已经有模有样了，可以松口气了。接下来是最重要的部分，在MemoryPool析构时检测这个Pool内的use_list中是否有chunk的released标记为true（内存泄漏了）

 1 MemoryPool::~MemoryPool()
 2 {
 3 #ifdef _DEBUG
 4     while (use_list)
 5     {
 6         use *ptr = use_list, *next = use_list->next;
 7         if (!ptr->data->released)
 8         {
 9             obj* pObj = ptr->data;
10             Console::SetColor(true, false, false, true);
11             throw error<char*>("chunk leaked", __FILE__, __LINE__);
12         }
13         free(ptr);
14         use_list = next;
15     }
16 #endif
17     clear();
18 }

其实说来也容易，只需要检测每个chunk的released标记是否为true就行了，而最后的clear函数是以前析构函数的代码，用来释放所有申请的block和大块的chunk。

OK，现在我们已经可以检测出没有被deallocate的chunk了。

二、callstack
首先，我们先来看一个Windows API，“CaptureStackBackTrace”这个API通过传入的一个数组来得到一组地址。当然有这个API并不够，我们还需要知道是哪个文件的第几行。“SymGetSymFromAddr64”这个API用来获取某个地址对应的函数名，“SymGetLineFromAddr64”这个API则是用来获取某个地址对应的文件名和行号的，这两个函数的32位版本则是不带64的。有了这些Windows API，我们就可以很轻松的获取到当前函数的调用堆栈了，主要的功劳还是要归功于Windows强大的dbghelp。

最后，完整的代码你可以在http://code.google.com/p/qlanguage/中找到。