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c++開發如何避免和解決野指針和內存泄漏問題

野指針的出現會導致程序崩潰,這是每個人都不願意看到的。Linux會生成coredump文件,可用gdb分析。Win下可以註冊unexception獲取調用堆棧,將錯誤信息寫到文件中。先分析壹下通常出現野指針的場景:class monster_t{protected:player_t* m_attack;public:void handle_ai(){if (m_attack){int x = m_attack->get_x();}}}問題就在於,m_attack有值,但是對應的對象已經被銷毀了。這是大部分野指針出現原因。分析類之間關系可知,monster_t 和 player_t是0-1的關系,monster_t引用player_t,但是player_t甚至都不知道有壹個(或N個)monster 引用了自己。所以當player被銷毀時,很難做到把所有引用該player_t的地方全部重置。這種問題其實比較常見,比如player中引用connection,而connection又是被網絡層管理生命周期的,也同樣容易產生野指針情況。常見的解決方式是:class monster_t{protected:long m_attack_id;public:void handle_ai(){player_t* attack = obj_mgr.get(m_attack_id);

if (attack){int x = attack->get_x();}}}另外壹種與之相似的方式:class monster_t{protected:player_t* m_attack;public:void handle_ai(){if (obj_mgr.is_exist(m_attack)){int x = m_attack->get_x();}else{m_attack = NULL;}}}梳理野指針的產生原因後,我們其實需要的是這樣的指針:壹種指針,引用了另壹個對象的地址(不然就不是指針了),當目標對象銷毀時,該指針自然指向null,而不需要目標對象主動通知重置。幸運的是,這種指針已經有了,就是weak_ptr; 在boost庫中,sharedptr,scopedptr,weakptr統稱為smartptr。可以盡量使用智能指針,避免野指針。本人建議盡量使用shared_ptr結合weak_ptr使用。Scoped_ptr本人使用的較少,只是在創建線程對象的時候使用,正好符合不能復制的語義。使用shared_ptr和weak_ptr的示例代碼:class monster_t{protected:weak_ptr<player_t> m_attack;

shared_ptr<player_t> get_attack(){return shared_ptr<player_t>(m_attack);}public:void handle_ai(){shared_ptr<player_t> attack = get_attack();

if (attack){int x = attack->get_x();}}}有人問monster_t為什麽不直接使用shared_ptr,如果使用shared_ptr就不符合現實的模型了,monster_t顯然不應該控制player_t的生命周期,如果使用了shared_ptr,那麽可能導致player_t被延遲析構,甚至會導致內存暴漲。這也是shared_ptr的使用誤區,所以本人建議盡量shared_ptr和weak_ptr結合用,否則野指針問題解決了,內存泄漏問題又來了。內存泄漏:野指針問題可以通過采用良好的編程範式,盡量規避,但總計c++規避內存泄漏的方法卻很為難,簡單而言盡量保證對象的分配和釋放(分別)是單個入口的,這樣大部分問題都可以攔截在code review階段。那麽怎麽檢測內存泄漏呢?首先說明本方法區別於valgrind等工具,該工具是調試期進行的檢測,本文探究的是運行期的檢測,確切說是運行期定時輸出所有對象的數量到日誌中。首先定義分配、釋放對象的接口:template<typename T> T* new_obj() { T* p = new T(); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T, typename ARG1> T* new_obj(ARG1 arg1) { T* p = new T(arg1); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T, typename ARG1, typename ARG2> T* new_obj(ARG1 arg1, ARG2 arg2) { T* p = new T(arg1, arg2); singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(1); return p; } template<typename T> T* new_array(int n) { T* p = new T[n]; singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().inc(n); return p; }為了節省篇幅,這裏只列舉了三種構造的代碼,當分配對象時,對應的類型數量增加1,obj_counter 使用原子操作為每壹種類型記錄其數量。class obj_counter_i{public:obj_counter_i():m_ref_count(0){}

virtual ~ obj_counter_i(){}

void inc(int n) { (void)__sync_add_and_fetch(&m_ref_count, n); }

void dec(int n) { __sync_sub_and_fetch(&m_ref_count, n); }

long val() const{ return m_ref_count; }

virtual string get_name() { return ""; }protected:volatile long m_ref_count;};template<typename T>

class obj_counter_t: public obj_counter_i{obj_counter_t(){singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().reg(this);}virtual string get_name() { return TYPE_NAME(T); }

};相應的當對象被釋放的時候,對應的對象數量減壹,示例代碼如下:template<typename T>

void del_obj(T* p){if (p){delete p;singleton_t<obj_counter_t<T> >::instance().dec(1);}}這樣就做到了所有的對象的數量都被記錄了,可以定時的將對象數量輸出到文件:class obj_counter_summary_t{public:void reg(obj_counter_i* p){m_all_counter.push_back(p);}map<string, long> get_all_obj_num(){map<string, long> ret;

for (list<obj_counter_i*>::iterator it = m_all_counter.begin(); it != m_all_counter.end(); ++it){ret.insert(make_pair((*it)->get_name(), (*it)->val()));}return ret;}void dump(const string& path_){ofstream tmp_fstream;

tmp_fstream.open(path_.c_str());

map<string, long> ret = get_all_obj_num();

map<string, long>::iterator it = ret.begin();

time_t timep = time(NULL);

struct tm *tmp = localtime(&timep);

char tmp_buff[256];

sprintf(tmp_buff, "%04d%02d%02d-%02d:%02d:%02d",

tmp->tm_year + 1900, tmp->tm_mon + 1, tmp->tm_mday,

tmp->tm_hour, tmp->tm_min, tmp->tm_sec);

char buff[1024] = {0};

snprintf(buff, sizeof(buff), "obj,num,%s

", tmp_buff);

tmp_fstream << buff;

for (; it != ret.end(); ++it){snprintf(buff, sizeof(buff), "%s,%ld

", it->first.c_str(), it->second);

};輸出的文件格式為csv格式,方便進壹步做數據分析。可以使用我開發的小工具格式化csv數據。總結:野指針可以使用shared_ptr和weak_ptr結合使用來盡量規避。使用shared_ptr要盡量小心,否則可能導致對象無法釋放,導致內存泄漏。可以定時輸出當前所有對象的數量,來分析是否有內存泄漏,或者內存泄漏是有哪些對象引起的。本文介紹了記錄所有對象的方法,除了可以分析內存泄漏外,也不失為數據分析的壹種方法。需要註明的是,本方法不能替代valgrind工具,二者作用不同。

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