前言：用于内存调试、内存泄漏检测以及性能分析的软件开发工具，Valgrind是一款用于内存调试、内存泄漏检测以及性能分析的软件开发工具。
一、Valgrind概述
Valgrind是一套Linux下，开放源代码（GPL V2）的仿真调试工具的集合。Valgrind由内核（core）以及基于内核的其余调试工具组成。内核相似于一个框架（framework），它模拟了一个CPU环境，并提供服务给其余工具；而其余工具则相似于插件 (plug-in)，利用内核提供的服务完成各类特定的内存调试任务。
Valgrind的体系结构以下图所示：
1.1安装过程
去以下链接下载安装文件下载链接，下载完成后解压，终端进入解压后的文件夹，依次输入
./configure make make install
如遇提示权限不够，make前加sudo
如果想验证是否安装完成，在终端输入valgrind --version，若安装成功，会输出相应版本，如图
检测内存泄漏
终端进入可执行文件所在的文件夹，输入
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --show-leak-kinds=all --undef-value-errors=no --log-file=log ./可执行文件名
即可在终端所在文件夹下生成log文件，如图：
在log文件最后会有个summary，其中对内存泄露进行了分类，总共有五类：
(1) “definitely lost” 意味着你的程序一定存在内存泄露；
(2)”indirectly lost”意味着你的程序一定存在内存泄露，并且泄露情况和指针结构相关
(3) “possibly lost” 意味着你的程序一定存在内存泄露，除非你是故意进行着不符合常规的操作，例如将指针指向某个已分配内存块的中间位置。
(4) “still reachable” 意味着你的程序可能是没问题的，但确实没有释放掉一些本可以释放的内存。这种情况是很常见的，并且通常基于合理的理由。
(5)”suppressed” 意味着有些泄露信息被压制了。在默认的 suppression 文件中可以看到一些 suppression 相关设置。
其中，如果二叉树的根节点被判定为”definitely lost”，则其所有子节点将被判定为”indirectly lost”，而如果你正确修复了类型为 “definitely lost” 的根节点泄露，那么类型为 “indirectly lost” 的子节点泄露也会随着消失。
对于如上图所示的情况，posslbly lost其实并没有造成内存上的影响，如果想要过滤掉该类报告信息，可以加入--show-possibly-lost=no ，而对于”still reachable” ，同样可以通过--show-reachable=yes来控制是否输出相应的信息。
如果某些需要的库没有找到，用指令进行添加
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/mysql/lib:$LD_LIBRARY_PATH
查看发生泄露的具体位置
在log中由summary往上翻即可看到对应的错误，错误是不断细化的，比如：
这样的是一个错误，先告诉你出现了多少的内存泄露，然后从最里层不断往外部函数显示：先说是calloc造成的错误，然后不断往外部函数显示。可以从下往上进行查看，比如先说main()函数发生了泄露，往上看到是main()中的init()函数，再往上init()中的init_detectionmodel，如此不断细定位泄露位置。
1.2工具
Valgrind的最新版是3.11.0，它一般包含下列工具：
（1）Memcheck
最经常使用的工具，用来检测程序中出现的内存问题，全部对内存的读写都会被检测到，一切对malloc()/free()/new/delete的调用都会被捕获。因此，它能检测如下问题：
- 未初始化内存的使用；
- 读/写释放后的内存块；
- 读/写超出malloc分配的内存块；
- 读/写不适当的栈中内存块；
- 内存泄漏，指向一块内存的指针永远丢失；
- 不正确的malloc/free或new/delete匹配；
- memcpy()相关函数中的dst和src指针重叠。
（2）Callgrind
和gprof类似的分析工具，但它对程序的运行观察更是入微，能给我们提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在编译源代码时附加特殊选项，但加上调试选项是推荐的。Callgrind收集程序运行时的一些数据，建立函数调用关系图，还可以有选择地进行cache模拟。在运行结束时，它会把分析数据写入一个文件。callgrind_annotate可以把这个文件的内容转化成可读的形式。
（3）Cachegrind
Cache分析器，它模拟CPU中的一级缓存I1，Dl和二级缓存，能够精确地指出程序中cache的丢失和命中。如果需要，它还能够为我们提供cache丢失次数，内存引用次数，以及每行代码，每个函数，每个模块，整个程序产生的指令数。这对优化程序有很大的帮助。
（4）Helgrind
它主要用来检查多线程程序中出现的竞争问题。Helgrind寻找内存中被多个线程访问，而又没有一贯加锁的区域，这些区域往往是线程之间失去同步的地方，而且会导致难以发掘的错误。Helgrind实现了名为“Eraser”的竞争检测算法，并做了进一步改进，减少了报告错误的次数。不过，Helgrind仍然处于实验阶段。
（5）Massif
堆栈分析器，它能测量程序在堆栈中使用了多少内存，告诉我们堆块，堆管理块和栈的大小。Massif能帮助我们减少内存的使用，在带有虚拟内存的现代系统中，它还能够加速我们程序的运行，减少程序停留在交换区中的几率。此外，lackey和nulgrind也会提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是为开发者展示如何创建一个工具。
1.3原理
Memcheck 能够检测出内存问题，关键在于其建立了两个全局表。Valid-Value 表对于进程的整个地址空间中的每一个字节(byte)，都有与之对应的 8 个 bits；对于CPU的每个寄存器，也有一个与之对应的bit向量。这些bits负责记录该字节或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。
Valid-Address表：对于进程整个地址空间中的每一个字节(byte)，还有与之对应的1个bit，负责记录该地址是否能够被读写。
检测原理：当要读写内存中某个字节时，首先检查这个字节对应的 A bit。如果该A bit显示该位置是无效位置，memcheck则报告读写错误。
内核（core）类似于一个虚拟的 CPU 环境，这样当内存中的某个字节被加载到真实的 CPU 中时，该字节对应的 V bit 也被加载到虚拟的 CPU 环境中。一旦寄存器中的值，被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序输出，则 memcheck 会检查对应的V bits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。
1.4命令介绍
用法:valgrind[options] prog-and-args [options]: 常用选项，适用于所有Valgrind工具：
- -tool=<name> 最常用的选项。运行 valgrind中名为toolname的工具。默认memcheck。
- h –help 显示帮助信息。
- -version 显示valgrind内核的版本，每个工具都有各自的版本。
- q –quiet 安静地运行，只打印错误信息。
- v –verbose 更详细的信息, 增加错误数统计。
- -trace-children=no|yes 跟踪子线程? [no]
- -track-fds=no|yes 跟踪打开的文件描述？[no]
- -time-stamp=no|yes 增加时间戳到LOG信息? [no]
- -log-fd=<number> 输出LOG到描述符文件 [2=stderr]
- -log-file=<file> 将输出的信息写入到filename.PID的文件里，PID是运行程序的进行ID
- -log-file-exactly=<file> 输出LOG信息到 file
- -log-file-qualifier=<VAR> 取得环境变量的值来做为输出信息的文件名。[none]
- -log-socket=ipaddr:port 输出LOG到socket ，ipaddr:port
LOG信息输出:
- -xml=yes 将信息以xml格式输出，只有memcheck可用
- -num-callers=<number> show <number> callers in stack traces [12]
- -error-limit=no|yes 如果太多错误，则停止显示新错误? [yes]
- -error-exitcode=<number> 如果发现错误则返回错误代码 [0=disable]
- -db-attach=no|yes 当出现错误，valgrind会自动启动调试器gdb。[no]
- -db-command=<command> 启动调试器的命令行选项[gdb -nw %f %p]
适用于Memcheck工具的相关选项：
- -leak-check=no|summary|full 要求对leak给出详细信息? [summary]
- -leak-resolution=low|med|high how much bt merging in leak check [low]
- -show-reachable=no|yes show reachable blocks in leak check? [no]
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二、应用实践
下面通过介绍几个范例来说明如何使用Memcheck ，示例仅供参考，更多用途可在实际应用中不断探索。
2.1数组越界/内存未释放
#include<stdlib.h> void k(void) { int *x = malloc(8 * sizeof(int)); x[9] = 0; //数组下标越界 } //内存未释放 int main(void) { k(); return 0; }
1）编译程序test.c
gcc -Wall test.c -g -o test#Wall提示所有告警，-g gdb，-o输出
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./test #--leak-check=full 所有泄露检查
3) 运行结果如下：
==2989== Memcheck, a memory error detector ==2989== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. ==2989== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==2989== Command: ./test ==2989== ==2989== Invalid write of size 4 ==2989== at 0x4004E2: k (test.c:5) ==2989== by 0x4004F2: main (test.c:10) ==2989== Address 0x4c27064 is 4 bytes after a block of size 32 alloc'd ==2989== at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==2989== by 0x4004D5: k (test.c:4) ==2989== by 0x4004F2: main (test.c:10) ==2989== ==2989== ==2989== HEAP SUMMARY: ==2989== in use at exit: 32 bytes in 1 blocks ==2989== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 32 bytes allocated ==2989== ==2989== 32 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==2989== at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==2989== by 0x4004D5: k (test.c:4) ==2989== by 0x4004F2: main (test.c:10) ==2989== ==2989== LEAK SUMMARY: ==2989== definitely lost: 32 bytes in 1 blocks ==2989== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks ==2989== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks ==2989== still reachable: 0 bytes in 0 blocks ==2989==suppressed: 0 bytes in 0 blocks ==2989== ==2989== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==2989== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 6 from 6)
2.2内存释放后读写
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { char *p = malloc(1); //分配 *p = 'a'; char c = *p; printf("\n [%c]\n",c); free(p); //释放 c = *p; //取值 return 0; }
1）编译程序t2.c
gcc -Wall t2.c -g -o t2
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./t2
3) 运行结果如下：
==3058== Memcheck, a memory error detector ==3058== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. ==3058== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==3058== Command: ./t2 ==3058== [a] ==3058== Invalid read of size 1 ==3058== at 0x4005A3: main (t2.c:14) ==3058== Address 0x4c27040 is 0 bytes inside a block of size 1 free'd ==3058== at 0x4A06430: free (vg_replace_malloc.c:446) ==3058== by 0x40059E: main (t2.c:13) ==3058== ==3058== ==3058== HEAP SUMMARY: ==3058== in use at exit: 0 bytes in 0 blocks ==3058== total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 1 bytes allocated ==3058== ==3058== All heap blocks were freed -- no leaks are possible ==3058== ==3058== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==3058== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 6 from 6) 从上输出内容可以看到，Valgrind检测到无效的读取操作然后输出“Invalid read of size 1”。
2.3无效读写
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { char *p = malloc(1); //分配1字节 *p = 'a'; char c = *(p+1); //地址加1 printf("\n [%c]\n",c); free(p); return 0; }
1）编译程序t3.c
gcc -Wall t3.c -g -o t3
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./t3
3) 运行结果如下：
==3128== Memcheck, a memory error detector ==3128== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. ==3128== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==3128== Command: ./t3 ==3128== ==3128== Invalid read of size 1 #无效读取 ==3128==at 0x400579: main (t3.c:9) ==3128==Address 0x4c27041 is 0 bytes after a block of size 1 alloc'd ==3128==at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==3128==by 0x400565: main (t3.c:6) ==3128== [] ==3128== ==3128== HEAP SUMMARY: ==3128==in use at exit: 0 bytes in 0 blocks ==3128==total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 1 bytes allocated ==3128== ==3128== All heap blocks were freed -- no leaks are possible ==3128== ==3128== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==3128== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 6 from 6)
2.4内存泄露
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { int *p = malloc(1); *p = 'x'; char c = *p; printf("%c\n",c); //申请后未释放 return 0; }
1）编译程序t4.c
gcc -Wall t4.c -g -o t4
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./t4
3) 运行结果如下：
==3221== Memcheck, a memory error detector ==3221== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. ==3221== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==3221== Command: ./t4 ==3221== ==3221== Invalid write of size 4 ==3221==at 0x40051E: main (t4.c:7) ==3221==Address 0x4c27040 is 0 bytes inside a block of size 1 alloc'd ==3221==at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==3221==by 0x400515: main (t4.c:6) ==3221== ==3221== Invalid read of size 4 ==3221==at 0x400528: main (t4.c:8) ==3221==Address 0x4c27040 is 0 bytes inside a block of size 1 alloc'd ==3221==at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==3221==by 0x400515: main (t4.c:6) ==3221== x ==3221== ==3221== HEAP SUMMARY: ==3221==in use at exit: 1 bytes in 1 blocks ==3221==total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 1 bytes allocated ==3221== ==3221== 1 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==3221==at 0x4A06A2E: malloc (vg_replace_malloc.c:270) ==3221==by 0x400515: main (t4.c:6) ==3221== ==3221== LEAK SUMMARY: ==3221==definitely lost: 1 bytes in 1 blocks ==3221==indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks ==3221== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks ==3221==still reachable: 0 bytes in 0 blocks ==3221== suppressed: 0 bytes in 0 blocks ==3221== ==3221== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==3221== ERROR SUMMARY: 3 errors from 3 contexts (suppressed: 6 from 6)
从检查结果看，可以发现内存泄露。
2.5内存多次释放
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { char *p; p=(char *)malloc(100); if(p) printf("Memory Allocated at: %s/n",p); else printf("Not Enough Memory!/n"); free(p); //重复释放 free(p); free(p); return 0; }
1）编译程序t5.c
gcc -Wall t5.c -g -o t5
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./t5
3) 运行结果如下：
从上面的输出可以看到(标注), 该功能检测到我们对同一个指针调用了3次释放内存操作。
2.6内存动态管理
常见的内存分配方式分三种：静态存储，栈上分配，堆上分配。全局变量属于静态存储，它们是在编译时就被分配了存储空间，函数内的局部变量属于栈上分配，而最灵活的内存使用方式当属堆上分配，也叫做内存动态分配了。常用的内存动态分配函数包括：malloc, alloc, realloc, new等，动态释放函数包括free, delete。
一旦成功申请了动态内存，我们就需要自己对其进行内存管理，而这又是最容易犯错误的。下面的一段程序，就包括了内存动态管理中常见的错误。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc,char *argv[]) { int i; char* p = (char*)malloc(10); char* pt=p; for(i = 0;i < 10;i++) { p[i] = 'z'; } free(p); pt[1] = 'x'; free(pt); return 0; }
1）编译程序t6.c
gcc -Wall t6.c -g -o t6
2）使用Valgrind检查程序BUG
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./t6
3) 运行结果如下：
==3380== Memcheck, a memory error detector ==3380== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. ==3380== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==3380== Command: ./t6 ==3380== ==3380== Invalid write of size 1 ==3380==at 0x40055C: main (t6.c:14) ==3380==Address 0x4c27041 is 1 bytes inside a block of size 10 free'd ==3380==at 0x4A06430: free (vg_replace_malloc.c:446) ==3380==by 0x400553: main (t6.c:13) ==3380== ==3380== Invalid free() / delete / delete[] / realloc() ==3380==at 0x4A06430: free (vg_replace_malloc.c:446) ==3380==by 0x40056A: main (t6.c:15) ==3380==Address 0x4c27040 is 0 bytes inside a block of size 10 free'd ==3380==at 0x4A06430: free (vg_replace_malloc.c:446) ==3380==by 0x400553: main (t6.c:13) ==3380== ==3380== ==3380== HEAP SUMMARY: ==3380==in use at exit: 0 bytes in 0 blocks ==3380==total heap usage: 1 allocs, 2 frees, 10 bytes allocated
申请内存在使用完成后就要释放。如果没有释放，或少释放了就是内存泄露；多释放也会产生问题。上述程序中，指针p和pt指向的是同一块内存，却被先后释放两次。系统会在堆上维护一个动态内存链表，如果被释放，就意味着该块内存可以继续被分配给其他部分，如果内存被释放后再访问，就可能覆盖其他部分的信息，这是一种严重的错误，上述程序第14行中就在释放后仍然写这块内存。
输出结果显示，第13行分配和释放函数不一致；第14行发生非法写操作，也就是往释放后的内存地址写值；第15行释放内存函数无效。
秋招可以写进简历的6个实战项目：
