c++：一个辅助类让内存泄漏现原形！

前言 对于c++而言，如何查找内存泄漏是程序员亘古不变的话题；解决之道可谓花样繁多。因为最近要用到QT写程序，摆在我面前的第一个重要问题是内存防泄漏。如果能找到一个简单而行之有效的方法，对后续开发大有裨益。久思终得诀窍，本文就详细介绍我对此问题的应对之策。（文末符完整代码）

如何判断内存有泄漏

　　内存分配和释放对应的操作是new、delete。如何判断内存是否释放干净？其实判断起来非常简单：一个独立的模块整个生存周期内new的个数和delete的个数相等。用伪代码标示如下：

    int newCount = 0;
    int deleteCount = 0;

    //new 操作时
    new class();
    newCount++;

    //delete 操作时
    delete* objPtr;
    deleteCount++;

    //模块结束时
   if(newCount != deleteCount)
  {
       内存有泄漏
  }

如果对所有的new和delete操作，加上如上几行代码，就能发现是否有内存泄漏问题。如果采用上面方法解决问题，手段太low了。

我们的方法有如下特点：

1 使用起来超级简单，不增加开发难度。

2 发生内存泄漏时，能定位到具体是哪个类。

托管new delete 操作符

　　要跟踪所有的new、delete操作，最简单的办法就是托管new、delete。不直接调用系统的操作符，而是用我们自己写的函数处理。在我们的函数内部，则别有洞天； 对new和delete的跟踪和记录就为我所欲也。托管new和delete需用到模板函数，代码如下：

class MemManage
{
    //单实例模式
private:
    static MemManage* _instance_ptr;
public:
    static MemManage* instance()
    {
        if (_instance_ptr == nullptr)
        {
            _instance_ptr = new MemManage();
        }
        return _instance_ptr;
    }

public:
    MemManage();

    //new操作 构造函数没有参数
    template <typename  T>
    T* New()
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T();
    };

    //new操作 构造函数有1个参数
    template <typename  T, typename TParam1>
    T* New(TParam1 param)
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T(param);
    };

    //new操作 构造函数有2个参数
    template <typename  T, typename TParam1, typename TParam2>
    T* New(TParam1 param1, TParam2 param2)
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T(param1, param2);
    };

    //delete 操作
    template <typename  T>
    void  Delete(T t)
    {
        if (t == nullptr)
            return;

        ShowOperationMessage<T>(false);
        delete t;
    };

    //记录new delete
    template <typename  T>
    void ShowOperationMessage(bool isNew)
    {
        //操作符对应的类名称
        const type_info& nInfo = typeid(T);
        QString className = nInfo.name();

        if (isNew)
        {
            _newCount++;
        }
        else
        {
            _deleteCount++;
        }

        if (!_showDetailMessage)
        {
            return;
        }

        if (isNew)
        {
            qDebug() << "*New" << className << ":" << _newCount << ":" << _deleteCount;
        }
        else
        {
            qDebug() << "Delete" << className << ":" << _newCount << ":" << _deleteCount;
        }
    }
}

如何使用辅助类

使用起来很简单，示例代码如下：

//*****new和delete使用伪代码

//new操作，需根据构造函数的参数个数调用对应的函数
//构造函数 没有参数
QFile* file = MemManage::instance()->New<QFile>();

//构造函数 有1个参数
QFile* file = MemManage::instance()->New<QFile, QString>("filename");

//构造函数 有2个参数
QFile* file = MemManage::instance()->New<QFile, QString,bool>("filename",true);

//delete 只有一种形式
MemManage::instance()->Delete(file);

一个模块调用周期结束 调用下列代码，查看是否有内存泄漏：

  void ShowNewDelete(bool isShowDetail)
    {
        int leftNew = _newCount - _deleteCount;
        qDebug() << "***********************";
        qDebug() << "total New:" << _newCount << " Delete:" << _deleteCount << " leftNew:" << leftNew;
    }

    MemManage::instance()->ShowNewDelete(true);
    //debug输出如下，如果leftNew为0，则没内存泄漏
    total New : 166  Delete : 6  leftNew : 160

进一步定位内存泄漏问题

　　通过判断new和delete的个数是否相等，只是知道了是否有内存泄漏；进一步定位问题，才能方便我们解决问题。如果能定位到操作哪一个类时，发生了内存泄漏，则问题范围就大大缩小。我们可以按类名，记录new和delete操作个数，c++获取类名函数如下：

const type_info &nInfo = typeid(T);
QString className = nInfo.name();

建立一个map表，记录类名对应的操作信息：

//每个类 统计的信息
class MemObjInfo
{
public:
    int NewCount = 0;
    int DeletCount = 0;
    QString ClassName;
};

//map对照表
QMap<QString, MemObjInfo*> _mapMemObjCount;

//按类名统计
void AddCount(QString& className, bool isNew)
{
    QMap<QString, MemObjInfo*>::ConstIterator i = _mapMemObjCount.find(className);
    if (i == _mapMemObjCount.constEnd())
    {
        MemObjInfo* info = new MemObjInfo();
        info->ClassName = className;
        if (isNew)
        {
            info->NewCount++;
        }
        else
        {
            info->DeletCount++;
        }
        _mapMemObjCount.insert(className, info);
    }
    else
    {
        MemObjInfo* info = i.value();
        if (isNew)
        {
            info->NewCount++;
        }
        else
        {
            info->DeletCount++;
        }
    }
}

如果有内存泄漏 则会输出如下信息：

如上图，对5个类的操作发送了内存泄漏。比如我们知道了类OfdDocumentPageAttr发生内存泄漏，就很容易定位问题了。

辅助类完整代码：

#ifndef MEMMANAGE_H
#define MEMMANAGE_H

#include <QDebug>
#include <QList>
#include <QMutex>

class LockRealse
{
public:
    LockRealse(QMutex* mutex)
    {
        _mutex = mutex;
        _mutex->lock();
    }

    ~LockRealse()
    {
        _mutex->unlock();
    }

private:
    QMutex* _mutex;
};

class MemObjInfo
{
public:
    int NewCount = 0;
    int DeletCount = 0;
    QString ClassName;
};

class MemManage
{
private:
    static MemManage* _instance_ptr;
public:
    static MemManage* instance()
    {
        if(_instance_ptr==nullptr)
        {
            _instance_ptr = new MemManage();
        }
        return _instance_ptr;
    }

public:
    MemManage()
    {
        _threadMutex = new QMutex();
        _newCount = 0;
        _deleteCount = 0;
    }

    template <typename  T>
    T* New()
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T();
    };

    template <typename  T,typename TParam1>
    T* New(TParam1 param)
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T(param);
    };

    template <typename  T,typename TParam1,typename TParam2>
    T* New(TParam1 param1,TParam2 param2)
    {
        ShowOperationMessage<T>(true);
        return new T(param1,param2);
    };

    template <typename  T>
    void  Delete(T t)
    {
        if(t == nullptr)
            return;

        ShowOperationMessage<T>(false);
        delete t;
    };

    void ShowNewDelete(bool isShowDetail)
    {
        int leftNew = _newCount-_deleteCount;
        qDebug()<<"***********************";
        qDebug()<<"total New:"<<_newCount<<" Delete:"<<_deleteCount<<" leftNew:"<<leftNew;

        if(isShowDetail)
        {
            ShowNewDeleteDetail(false);
        }
    }

    void SetShowDetail(bool enable)
    {
        _showDetailMessage = enable;
    }

    template <typename  T>
    void clearAndDelete(QList<T>& list)
    {
        foreach(T item ,list)
        {
          //  Delete(item);
        }

        list.clear();
    };

private:
    template <typename  T>
    void ShowOperationMessage(bool isNew)
    {
        LockRealse lock(_threadMutex);
        const type_info &nInfo = typeid(T);
        QString className = nInfo.name();
        className=TrimClassName(className);
        AddCount(className,isNew);

        if(isNew)
        {
            _newCount++;
        }
        else
        {
            _deleteCount++;
        }

        if(!_showDetailMessage)
        {
            return ;
        }

        if(isNew)
        {
            qDebug()<<"*New"<<className<<":"<<_newCount<<":"<<_deleteCount;
        }
        else
        {
            qDebug()<<"Delete"<<className<<":"<<_newCount<<":"<<_deleteCount;
        }
    }

    void AddCount(QString& className,bool isNew)
    {
        QMap<QString,MemObjInfo*>::ConstIterator i =  _mapMemObjCount.find(className);
        if(i == _mapMemObjCount.constEnd())
        {
            MemObjInfo* info = new MemObjInfo();
            info->ClassName = className;
            if(isNew)
            {
                info->NewCount++;
            }
            else
            {
                info->DeletCount++;
            }
            _mapMemObjCount.insert(className,info);
        }
        else
        {
            MemObjInfo* info = i.value();
            if(isNew)
            {
                info->NewCount++;
            }
            else
            {
                info->DeletCount++;
            }
        }
    }

    void ShowNewDeleteDetail(bool isShowAll)
    {
        QMap<QString,MemObjInfo*>::ConstIterator i =  _mapMemObjCount.cbegin();
        for(;i!=_mapMemObjCount.cend();i++)
        {
            MemObjInfo *info = i.value();
            int leftNew =info->NewCount-info->DeletCount ;
            if(leftNew!=0)
            {
                qDebug()<<"*** obj "<<info->ClassName<<" New:"<<info->NewCount
                       <<" Delete:"<<info->DeletCount
                      <<" Diff:"<<leftNew;
            }
            else
            {
                if(isShowAll)
                {
                    qDebug()<<"obj "<<info->ClassName<<" New:"<<info->NewCount
                           <<" Delete:"<<info->DeletCount
                          <<" Diff:"<<leftNew;
                }
            }
        }
    }

    QString TrimClassName(QString& className)
    {
        int n= className.lastIndexOf(" *");
        if(n<0)
            return className.trimmed();

        return className.mid(0,n).trimmed();
    }

private:
    QMutex *_threadMutex;
    int _newCount;
    int _deleteCount;
    bool _showDetailMessage =false;

    QMap<QString,MemObjInfo*> _mapMemObjCount;
};

#endif // MEMMANAGE_H

后记  解决内存泄漏的方法很多。本文介绍了一种行之有效的方法。开发一个新项目前，就需确定如何跟踪定位内存泄漏，发现问题越早解决起来越简单。程序开发是循序渐进的过程，一个功能模块开发完成后，需及早确定是否有内存泄漏。防微杜渐，步步为营，方能产出高质量的产品。