c++开发如何幸免和解决野指针和内存泄漏问题

尽管C++ 野指针和内存泄漏一直被诟病，但是在实时性很强的应用场合，c++ 仍然是不二之选。

游戏服务器开发仍然使用c++ 作为主语言，但是大多结合动态脚本技术，一方面规避了野指针和内存泄露，一方面获得了开发效率和扩展性的红利。

今天主要说说在使用c++过程中，如何避免和解决野指针和内存泄漏问题。

野指针：野指针的出现会导致程序崩溃，这是每个人都不愿意看到的。

Linux会生成coredump文件，可用gdb分析。

Win下可以注册unexception获取调用堆栈，将错误信息写到文件中。

先分析一下通常出现野指针的场景：

class monster_t{protected: player_t* m_attack;public: void handle_ai() { if (m_attack) { int x = m_attack->get_x(); } }}

问题就在于，m_attack有值，但是对应的对象已经被销毁了。

这是大部分野指针出现原因。

分析类之间关系可知，monster_t 和 player_t是0-1的关系，monster_t引用player_t，但是player_t甚至都不知道有一个（或N个）monster 引用了自己。

所以当player被销毁时，很难做到把所有引用该player_t的地方全部重置。

这种问题其实比较常见，比如player中引用connection，而connection又是被网络层管理生命周期的，也同样容易产生野指针情况。

常见的解决方式是：

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(); } }}

另外一种与之相似的方式：

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; } }}

梳理野指针的产生原因后，我们其实需要的是这样的指针：

一种指针，引用了另一个对象的地址（不然就不是指针了），当目标对象销毁时，该指针自然指向null，而不需要目标对象主动通知重置。

幸运的是，这种指针已经有了，就是weak_ptr; 在boost库中，sharedptr,scopedptr,weakptr统称为smartptr。

可以尽量使用智能指针，避免野指针。

本人建议尽量使用shared_ptr结合weak_ptr使用。

Scoped_ptr本人使用的较少，只是在创建线程对象的时候使用，正好符合不能复制的语义。

使用shared_ptr和weak_ptr的示例代码：

class monster_t{protected: weak_ptr

m_attack; shared_ptr

get_attack() { return shared_ptr

(m_attack); }public: void handle_ai() { shared_ptr

attack = get_attack(); if (attack) { int x = attack->get_x(); } }}

有人问monster_t为什么不直接使用shared_ptr，如果使用shared_ptr就不符合现实的模型了，monster_t显然不应该控制player_t的生命周期，如果使用了shared_ptr，那么可能导致player_t被延迟析构，甚至会导致内存暴涨。

这也是shared_ptr的使用误区，所以本人建议尽量shared_ptr和weak_ptr结合用，否则野指针问题解决了，内存泄漏问题又来了。

内存泄漏：

野指针问题可以通过采用良好的编程范式，尽量规避，但总计c++规避内存泄漏的方法却很为难，简单而言尽量保证对象的分配和释放（分别）是单个入口的，这样大部分问题都可以拦截在code review阶段。

那么怎么检测内存泄漏呢？

首先说明本方法区别于valgrind等工具，该工具是调试期进行的检测，本文探究的是运行期的检测，确切说是运行期定时输出所有对象的数量到日志中。

首先定义分配、释放对象的接口：

templateT* new_obj() T* p = new T(); singleton_t >::instance().inc(1); return p;templateT* new_obj(ARG1 arg1) T* p = new T(arg1); singleton_t >::instance().inc(1); return p;templateT* new_obj(ARG1 arg1, ARG2 arg2) T* p = new T(arg1, arg2); singleton_t >::instance().inc(1); return p;templateT* new_array(int n) T* p = new T[n]; singleton_t >::instance().inc(n); return p;}

为了节省篇幅，这里只列举了三种构造的代码，当分配对象时，对应的类型数量增加1，obj_counter 使用原子操作为每一种类型记录其数量。

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

相应的当对象被释放的时候，对应的对象数量减一，示例代码如下：

templatevoid del_obj(T* p){ if (p) { delete p; singleton_t >::instance().dec(1); }}

这样就做到了所有的对象的数量都被记录了，可以定时的将对象数量输出到文件：

class obj_counter_summary_t{public: void reg(obj_counter_i* p) { m_all_counter.push_back(p); } map get_all_obj_num() { map ret; for (list::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 ret = get_all_obj_num(); map::iterator it = ret.begin(); time_t timep = time(NULL); struct tm *tmp = localtime( 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\n", tmp_buff); tmp_fstream first.c_str(), it->second); tmp_fstream m_all_counter;};

输出的文件格式为csv格式，方便进一步做数据分析。

可以使用我开发的小工具格式化csv数据。

总结：

野指针可以使用shared_ptr和weak_ptr结合使用来尽量规避。

使用shared_ptr要尽量小心，否则可能导致对象无法释放，导致内存泄漏。

可以定时输出当前所有对象的数量，来分析是否有内存泄漏，或者内存泄漏是有哪些对象引起的。

本文介绍了记录所有对象的方法，除了可以分析内存泄漏外，也不失为数据分析的一种方法。

需要注明的是，本方法不能替代valgrind工具，二者作用不同。