函数指针在 C++ 内存调试中的用法：追根溯源，定位内存泄漏

简介

内存泄漏是 C++ 开发中常见的痛点，它会浪费宝贵的系统资源，并可能导致程序崩溃。函数指针提供了一种有效的方法来调试内存泄漏，帮助我们找到导致泄漏的代码路径。

工作原理

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函数指针允许我们存储指向函数的指针。我们可以利用这个特性来创建跟踪函数调用的回调函数。当内存被分配或释放时，我们可以调用这些回调函数来记录分配信息并更新内存分配状态。

实战案例

使用函数指针调试内存泄漏，我们这里以一个示例程序来说明：

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

typedef void (*AllocationCallback)(void*, size_t, const char*);

void* operator new(size_t size, const char* file, int line) {
  void* ptr = malloc(size);
  AllocationCallback callback = GetCurrentCallback();
  if (callback) {
    callback(ptr, size, file);
  }
  return ptr;
}

void operator delete(void* ptr) {
  AllocationCallback callback = GetCurrentCallback();
  if (callback) {
    callback(ptr, 0, nullptr);
  }
  free(ptr);
}

struct AllocationInfo {
  void* ptr;
  size_t size;
  const char* file;
  int line;
};

struct Allocator {
  map<void*, AllocationInfo> allocations;
};

AllocationInfo* GetAllocInfo(void* ptr) {
  auto& allocator = GetCurrentAllocator();
  return &allocator.allocations[ptr];
}

void SetCurrentCallback(AllocationCallback callback) {
  // ...
}

Allocator& GetCurrentAllocator() {
  // ...
}

int main() {
  int* ptr = new int;  // Allocate memory
  delete ptr;          // Release memory
}

在这个例子中，我们实现了自定义的 operator new 和 operator delete 来跟踪内存分配信息。当内存被分配或释放时，这些操作符会调用回调函数来记录分配信息。

定位内存泄漏

通过检查内存分配信息，我们可以发现是否存在内存泄漏。如果在程序结束时仍有记录在案的内存块，则表明存在泄漏。我们可以使用调试器或自定义工具来检查分配信息并找到导致泄漏的代码路径。

结论

函数指针在 C++ 内存调试中非常有用，它允许我们创建回调函数来跟踪内存分配和释放信息。通过分析这些信息，我们可以找到内存泄漏的根源并修复它们，从而提高程序的稳定性和性能。