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C++:谁动了我的指针
出处:csdn 作者:lifanxi
译者序:
  本文介绍了一种在调试过程中寻找悬挂指针(野指针)的方法,这种方法是通过对new和delete运算符的重载来实现的。
  这种方法不是完美的,它是以调试期的内存泄露为代价来实现的,因为文中出现的代码是绝不能出现在一个最终发布的软件产品中的,只能在调试时使用。
  在VC中,在调试环境下,可以简单的通过把new替换成DEBUG_NEW来实现功能更强更方便的指针检测,详情可参考MSDN。DEBUG_NEW的实现思路与本文有相通的地方,因此文章中介绍的方法虽然不是最佳的,但还算实用,更重要的是,它提供给我们一种新的思路。
简介:
  前几天发生了这样一件事,我正在调试一个程序,这个程序用了一大堆乱七八糟的指针来处理一个链表,最终在一个指向链表结点的指针上出了问题。我们预计它应当指向的是一个虚基类的对象。我想到第一个问题是:指针所指的地方真的有一个对象吗?出问题的指针值可以被4整除,并且不是NULL的,所以可以断定它曾经是一个有效的指针。通过使用Visual Studio的内存查看窗口(View->Debug Windows->Memory)我们发现这个指针所指的数据是FE EE FE EE FE EE ...这通常意味着内存是曾经是被分配了的,但现在却处于一种未分配的状态。不知是谁、在什么地方把我的指针所指的内存区域给释放掉了。我想要找出一种方案来查出我的数据到底是怎么会被释放的。
背景:
  我最终通过重载了new和delete运算符找到了我丢失的数据。当一个函数被调用时,参数会首先被压到栈上后,然后返回地址也会被压到栈上。我们可以在new和delete运算符的函数中把这些信息从栈上提取出来,帮助我们调试程序。
代码:
  在经历了几次错误的猜测后,我决定求助于重载new和delete运算符来帮我找到我的指针所指向的数据。下面的new运算符的实现把返回地址从栈上提了出来。这个返回地址位于传递过来的参数和第一个局部变量的地址之间。编译器的设置、调用函数的方法、计算机的体系结构都会引响到这个返回地址的实际位置,所以您在使用下面代码的时候,要根据您的实际情况做一些调整。一旦new运算符获得了返回地址,它就在将要实际分配的内存前面分配额外的16个字节的空间来存放这个返回地址和实际的分配的内存大小,并且把实际要分配的内存块首地址返回。
  对于delete运算符,你可以看到,它不再释放空间。它用与new同样的方法把返回地址提取出来,写到实际分配空间大小的后面(译者注:就是上面分配的16个字节的第9到第12个字节),在最后四个字节中填上DE AD BE EF(译者注:四个十六进制数,当成单词来看正好是dead beef,用来表示内存已释放真是很形象!),并且把剩余的空间(译者注:就是原本实际应该分配而现在应该要释放掉的空间)都填上一个重复的值。
  现在,如果程序由于一个错误的指针而出错,我只需打开内存查看窗口,找到出错的指针所指的地方,再往前找16个字节。这里的值就是调用new运算符的地址,接下来四个字节就是实际分配的内存大小,第三个四个字节是调用delete运算符的地址,最后四个字节应该是DE AD BE EF。接下的实际分配过的内存内容应该是77 77 77 77。
  要通过这两个返回地址在源程序中分别找到对应的new和delete,可以这样做:首先把表示地址的四个字节的内容倒序排一下,这样才能得到真正的地址,这里因为在Intel平台上字节序是低位在前的。下一步,在源代码上右击点击,选“Go To Diassembly”。在反汇编的窗口上的左边一栏就是机器代码对应的内存地址。按Ctrl + G或选择Edit->Go To...并输入你找到的地址之一。反汇编的窗口就将滚动到对应的new或delete的函数调用位置。要回到源程序只需再次右键单击,选择“Go To Source”。您就可以看到相应的new或delete的调用了。
现在您就可以很方便的找出您的数据是何时丢失的了。至于要找出为什么delete会被调用,就要靠您自己了。
  #include <MALLOC.H>
  void * :perator new(size_t size)
  {
    int stackVar;
    unsigned long stackVarAddr = (unsigned long)&stackVar;
    unsigned long argAddr = (unsigned long)&size;
    void ** retAddrAddr = (void **)(stackVarAddr/2 + argAddr/2 + 2);
    void * retAddr = * retAddrAddr;
    unsigned char *retBuffer = (unsigned char*)malloc(size + 16);
    memset(retBuffer, 0, 16);
    memcpy(retBuffer, &retAddr, sizeof(retAddr));
    memcpy(retBuffer + 4, &size, sizeof(size));
    return retBuffer + 16;
  }
  void :perator delete(void *buf)
  {
    int stackVar;
    if(!buf)
      return;
    unsigned long stackVarAddr = (unsigned long)&stackVar;
    unsigned long argAddr = (unsigned long)&buf;
    void ** retAddrAddr = (void **)(stackVarAddr/2 + argAddr/2 + 2);
    void * retAddr = * retAddrAddr;
    unsigned char* buf2 = (unsigned char*)buf;
    buf2 -= 8;
    memcpy(buf2, &retAddr, sizeof(retAddr));
    size_t size;
    buf2 -= 4;
    memcpy(&size, buf2, sizeof(buf2));
    buf2 += 8;
    buf2[0] = 0xde;
    buf2[1] = 0xad;
    buf2[2] = 0xbe;
    buf2[3] = 0xef;
    
    buf2 += 4;
    memset(buf2, 0x7777, size);
    // deallocating destroys saved addresses, so dont
    // buf -= 16;
    // free(buf);
  }
其它值得关注的地方:
  这段代码同样可以用于内存泄露的检测。只需修改delete运算符使它真正的去释放内存,并且在程序退出前,用__heapwalk遍历所有已分配的内存块并把调用new的地址提取出来,这就将得到一份没有被delete匹配的new调用列表。
  还要注意的是:这里列出的代码只能在调试的时候去使用,如果你把它段代码放到最终的产品中,会导致程序运行时内存被大量的消耗。
转载自:太平洋电脑网
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