Jak zjistit úniky paměti v C/C++ pomocí Valgrind

Když spustíte program pod Valgrind, dynamicky instrumentuje spustitelný soubor programu, což mu umožňuje sledovat využití paměti programu a chování při provádění.

Úniky paměti v C++

Je důležité si uvědomit, že Valgrind je primárně navržen pro programy C a C++ a nemusí fungovat tak efektivně s jinými jazyky nebo ve všech scénářích. Navíc spuštění programu pod Valgrind může výrazně zpomalit jeho provádění, takže se často používá při vývoji a ladění spíše než v produkčním prostředí.

Pokud není dynamicky vytvořená paměť správně uvolněna, může to způsobit úniky paměti v C/C++, které budou pomalu vyčerpávat dostupné paměťové prostředky. To může mít za následek nadměrnou spotřebu paměti a snížený výkon programu.

Instalace Valgrid

Chcete-li nainstalovat Valgrind na systém Linux, otevřete terminál a aktualizujte úložiště balíčků pomocí správce balíčků, který je specifický pro vaši distribuci Linuxu. Následující příkaz funguje pro systémy založené na Ubuntu a Debianu:

K instalaci Valgrind použijte správce balíčků. Opět platí, že příkaz se může lišit v závislosti na vaší distribuci Linuxu. Pro systémy založené na Ubuntu a Debianu použijte následující příkaz:

Po zobrazení výzvy zadejte své uživatelské heslo a stiskněte „Enter“. Upozorňujeme, že váš uživatelský účet potřebuje k instalaci softwaru oprávnění správce. Správce balíčků stáhne a nainstaluje Valgrind spolu se všemi nezbytnými závislostmi. Proces může trvat několik minut.

Po dokončení procesu instalace můžete potvrdit úspěšnou instalaci Valgrind provedením následujícího příkazu jako ověřovacího kroku:

Tento příkaz zobrazí informace o verzi Valgrind, pokud je úspěšně nainstalován.

A je to! Valgrind by nyní měl být nainstalován na vašem systému Linux a můžete jej použít k analýze a ladění vašich programů C/C++ na úniky paměti a další problémy.

Vytvoření souboru v Ubuntu

Abychom mohli začít pracovat na programu, musíme nejprve vytvořit soubor v Ubuntu. Pro tvorbu souborů používáme textový editor nano. Příkaz tedy napíšeme na terminál takto:

Zde je nano název textového editoru, který se spouští. Argument „file1“ představuje název souboru, který chcete otevřít nebo vytvořit pomocí textového editoru nano. Nano otevře soubor pro úpravy, pokud již existuje; pokud ne, vygeneruje nový soubor se zadaným názvem. Protože takový soubor nemáme, vytvoří nový dokument s názvem „soubor1“.

Jakmile příkaz spustíte, otevře se editor nano, který vám poskytne prázdné plátno pro zadání nebo úpravu obsahu souboru „file1“. Můžete začít psát nebo vkládat existující obsah do editoru.

Nyní, když jsou splněny všechny předpoklady, vytváříme několik příkladů, jak použít Valgrind k detekci úniků paměti v programech C++.

Příklad 1:

První příklad, který poskytujeme, ukazuje jednoduchý příklad dynamické alokace paměti pomocí funkce „malloc“ z knihovny v jazyce C.

Zde je rozpis kódu:

Nejprve zahrneme standardní soubor záhlaví knihovny , který poskytuje funkce jako malloc pro dynamickou alokaci paměti a dealokaci.

Řádek int main() deklaruje funkci main. Potom znak *a = malloc(102); deklaruje ukazatelovou proměnnou „a“ typu char* (ukazatel na char). Používá funkci „malloc“ k dynamickému přidělování paměti pro pole 102 znaků (celkem 102 bajtů). Velikost alokace paměti, vyjádřená v bajtech, je odeslána jako vstup do funkce malloc a ta vyšle ukazatel na čerstvě vytvořený blok paměti. Ukazatel char* „a“ je přiřazen této hodnotě ukazatele. Nakonec „návrat 0;“ znamená konec hlavní funkce.

Stručně řečeno, tento kód dynamicky přiděluje paměť pro pole 102 znaků pomocí „malloc“ a přiřazuje adresu paměti k ukazateli „a“. Všimněte si však, že kód alokovanou paměť žádným způsobem nepoužívá ani s ní nemanipuluje a nezahrnuje dealokaci paměti pomocí free.

Když spustíme tento program přes Valgrind s volbou „–leak-check=full“, provede kontrolu úniku paměti a poskytne výstupní zprávu.

Výstupní sestava, kterou vytváří Valgrid, je uvedena takto:

Příklad 2:

Pro začátek s touto ilustrací nejprve vytvoříme soubor „test2“ pomocí textového editoru nano, jak bylo vysvětleno dříve, zadáním příkazu:

Nyní napíšeme program C++, abychom zkontrolovali, zda nedošlo k úniku paměti pomocí Valgrind:

Pojďme si projít program.

Kód obsahuje potřebné hlavičkové soubory a definuje konstantní proměnnou „a_s“ s hodnotou 3000. Uvnitř funkce main() je deklarován ukazatel „ia“ typu int* a paměť je dynamicky alokována pomocí „malloc“ funkce. Výraz „sizeof(int) * a_s“ určuje celkovou potřebnou paměť pro uložení „a_s“ počtu celých čísel. Všechny prvky pole „ia“ jsou inicializovány smyčkou „for“ s odpovídající hodnotou indexu. Například ia[0] bude 0, ia[1] bude 1 a tak dále.

Generátor náhodných čísel je nasazen pomocí funkce „srand“ pomocí aktuálního času. Tím je zajištěno, že program při každém spuštění vytvoří jedinečnou sadu náhodných celých čísel. Funkce „rand“ generuje náhodné číslo a „rn“ je přiřazeno výsledku rand() % a_s. Modulový operátor „%“ omezuje rozsah náhodného čísla na hodnotu mezi 0 a a_s – 1, což odpovídá platnému indexu v poli „ia“.

Nakonec program pomocí funkce „printf“ vytiskne hodnotu na náhodně vybraném indexu „rn“ pole „ia“ spolu s odpovídajícím indexem.

Když tento program spustíte přes Valgrind, vygeneruje následující výstupní sestavu:

Závěr

Objevili jsme využití nástroje Valgrind k detekci úniků paměti v programu C++. Návod k instalaci Valgrind je k dispozici jako první. Poté jsme se podrobněji věnovali vytvoření souboru v Ubuntu pomocí textového editoru nano. Nakonec jsme s použitím těchto předpokladů provedli dva příklady C++, abychom v nich zkontrolovali úniky paměti. Připojena je také zpráva generovaná Valgrindem, která ukazuje úniky paměti v poskytnutém souboru.