从零开始学C++之重载 operator new 和 operator delete 实现一个简单内存泄漏跟踪器

先来说下实现思路:可以实现一个Trace类,调用 operator new 的时候就将指向分配内存的指针、当前文件、当前行等信息添加进Trace 成员map容器内,在调用operator delete 的时候删除这些信息。定义一个全局Trace 对象,当程序结束,对象析构时判断成员map 是否还有信息,如果有则打印出来,表示已经发生内存泄漏,从输出可以看出是哪一个文件哪一行分配了内存但没有释放掉。

DebugNew.h:

#ifndef _DEBUG_NEW_H_
#define _DEBUG_NEW_H_

#ifndef NDEBUG
#include "Tracer.h"
#define new new(__FILE__, __LINE__)
#endif // NDEBUG

#endif // _DEBUG_NEW_H_

Trace.h:

#ifndef _TRACER_H_
#define _TRACER_H_

#include <map>

#ifndef NDEBUG

void *operator new(size_t size, const char *file, long line);
void operator delete(void *p);

void *operator new[](size_t size, const char *file, long line);
void operator delete[](void *p);

class Tracer
{
private:
    class Entry
    {
    public:
        Entry(const char *file = 0, long line = 0)
            : file_(file), line_(line) {}
        const char *File() const
        {
            return file_;
        }
        long Line() const
        {
            return line_;
        }
    private:
        const char *file_;
        long line_;
    };
public:
    Tracer();
    ~Tracer();
    static bool Ready;

    void Add(void *p, const char *file, long line);
    void Remove(void *p);
    void Dump();

private:
    std::map<void *, Entry> mapEntry_;
};

#endif // NDEBUG

#endif // _TRACER_H_

Trace.cpp:

#include <iostream>
#include "Tracer.h"

#ifndef NDEBUG

bool Tracer::Ready = false;

Tracer::Tracer()
{
    Ready = true;
}

Tracer::~Tracer()
{
    Ready = false;
    Dump();
}

void Tracer::Add(void *p, const char *file, long line)
{
    mapEntry_[p] = Entry(file, line);
}

void Tracer::Remove(void *p)
{
    std::map<void *, Entry>::iterator it;
    it = mapEntry_.find(p);
    if (it != mapEntry_.end())
    {
        mapEntry_.erase(it);
    }
}

void Tracer::Dump()
{
    if (mapEntry_.size() > 0)
    {
        std::cout << "*** Memory leak(s):" << std::endl;
        std::map<void *, Entry>::iterator it;

        for (it = mapEntry_.begin(); it != mapEntry_.end(); ++it)
        {
            const char *file = it->second.File();
            long line = it->second.Line();
            int addr = reinterpret_cast<int>(it->first);
            std::cout << "0x" << std::hex << addr << ": "
                      << file << ", line " << std::dec << line << std::endl;

        }
        std::cout << std::endl;
    }
}

Tracer NewTrace;

void *operator new(size_t size, const char *file, long line)
{
    void *p = malloc(size);
    if (Tracer::Ready)
    {
        NewTrace.Add(p, file, line);
    }
    return p;
}


void operator delete(void *p)
{
    if (Tracer::Ready)
    {
        NewTrace.Remove(p);
    }
    free(p);
}

void *operator new[](size_t size, const char *file, long line)
{
    void *p = malloc(size);
    if (Tracer::Ready)
    {
        NewTrace.Add(p, file, line);
    }
    return p;
}

void operator delete[](void *p)
{
    if (Tracer::Ready)
    {
        NewTrace.Remove(p);
    }
    free(p);
}
#endif // #ifndef NDEBUG

main.cpp:

#include <iostream>
using namespace std;

#include "DebugNew.h"

int main(void)
{
    int *p = new int;
    /*delete p;*/

    int *p2 = new int[5];
    /*delete[] p2;*/

    return 0;
}

程序 #define new new(__FILE__, __LINE__); 是为了利用__FILE__, 和 __LINE__两个宏,分别代表文件名和行数。分别重载了

operator new 和 operator new[]  函数以及对应的delete,更详细的讨论可以参见这里。当全局对象NewTrace 析构时调用Dump成员

函数,如果new 和 delete 没有匹配,那么map将存在泄漏信息,并打印出来。

此外只在Debug版本(没有定义NDEBUG)才跟踪内存泄漏,所以加上#ifndef NDEBUG ... #endif

而由于一般的C++库中可能没有#define new new(__FILE__, __LINE__);  即调用的还是原始的new,但现在程序中并没有重载这种类

型的new和delete函数,故并不能跟踪类似map容器之类的内存泄漏,但一般正常使用C++库容器的话,是不会造成内存泄漏的,

C++库已经实现得比较完善了,至少比我们自己写的程序要好很多。

参考:

C++ primer 第四版 Effective C++ 3rd C++编程规范

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