C++内存泄漏检测之Windows 专用工具（CRT Debug、Dr.Memory）和Linux 专业工具（ASan 、heaptrack）

1、Windows 专用工具

MSVC CRT Debug Heap

MSVC CRT Debug Heap 是 Windows / Visual Studio 下“最轻量、最实用”的内存泄漏检测方式

1、底层原理

1 Debug CRT 的内存分配机制

在 Debug 模式 下：

• malloc / free
• new / delete

都会被 CRT Debug Heap 接管，变成：

_malloc_dbg(size, _NORMAL_BLOCK, file, line)

它会在每块内存前后插入：

• 分配编号（allocation ID）
• 文件名、行号
• Guard Bytes（前后保护区）

内存布局示意：

| Header | Guard | User Memory | Guard |

2 泄漏检测的本质

程序退出时，CRT 会：

没有释放 = 泄漏

2、最小可复现示例

示例 1：最简单内存泄漏

#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#include <cstdlib>

int main() {
_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);

int* p = new int[10]; // 故意不 delete
return 0;
}

程序输出

Detected memory leaks!
Dumping objects ->
{74} normal block at 0x00A35F60, 40 bytes long.
Data: < > CD CD CD CD CD CD CD CD
Object dump complete.

3、如何解读输出

1 {74} 是什么？

内存分配序号（allocation ID）

CRT 每次分配都会自增一个 ID。

2 normal block 是什么？

3 CD CD CD CD 是什么？

面试加分点：能通过填充值判断 bug 类型

4、精确定位到代码行

1 使用 _CrtSetBreakAlloc

假设泄漏 ID 是 {74}：

_CrtSetBreakAlloc(74);

程序会在 第 74 次分配时直接断下来。

可以看到完整调用栈。

2 推荐工程模板

#ifdef _DEBUG
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <crtdbg.h>
#define new new(_NORMAL_BLOCK, __FILE__, __LINE__)
#endif

输出会变成：

{74} normal block at 0x…
file.cpp(23)

工程级用法

5、常见坑

为什么 Release 模式没效果？

答：

• Debug Heap 只存在于 Debug CRT
• Release 下没有额外记录信息

STL 内存能查吗？

答：

可以
但 STL 内部有缓存机制（如 vector 扩容），
要结合 程序退出时是否仍未释放 判断。

静态对象算泄漏吗？

答：

• CRT 会把部分全局对象标记为 CRT block
• 通常不算逻辑泄漏

6、适用 & 不适用场景总结

适合

• Windows + MSVC
• 定位“谁没 delete”
• 单机调试

不适合

• 多线程竞态
• 越界写（只能部分发现）
• Linux / 跨平台

Dr.Memory（Windows 下的 Valgrind）

Dr.Memory 是“重武器”：慢，但什么都能抓

1、工作原理（比 CRT 强）

动态二进制插桩（DBI）

• 不修改源码

• 不依赖编译器

• 在运行时：

  • 拦截内存访问
  • 检查非法读写
  • 追踪分配/释放

类似 Valgrind，但支持 Windows。

2、使用方式

1 安装后运行

drmemory — your_program.exe

也可附加参数：

drmemory –leaks_only — your_program.exe

三、示例：越界 + 泄漏

int main() {
int* p = new int[5];
p[10] = 42; // 越界
return 0; // 泄漏
}

Dr.Memory 输出

ERROR: Invalid write of size 4
Address 0x00A35F90 is 20 bytes past allocation
allocated at:
operator new[] (crt.cpp)
main.cpp:3

4、Dr.Memory 能抓什么

5、性能与工程实践

性能影响

• 程序速度 ↓ 10~50 倍

• 只适合：

  • 单元测试
  • 小规模回放

工程建议

日常：CRT Debug Heap
疑难杂症：Dr.Memory
Linux：Valgrind / ASan

6、面试高频对比题

CRT Debug Heap vs Dr.Memory？

标准回答：

CRT Debug Heap 是编译期 + Debug CRT 的轻量工具，
Dr.Memory 是运行期二进制插桩，覆盖更全面但性能开销巨大。

7、终极总结

Windows 下调内存问题：
先用 CRT Debug Heap 定位“谁没释放”，
再用 Dr.Memory 查“谁乱写内存”。

2、Linux 专业工具

heaptrack（KDE 出品，高性能、可视化）

heaptrack 是 Linux 下强大的内存分析工具，适合长期运行的程序和服务级项目

1、工作原理

特点：

• 实时开销较小（相比 Valgrind 小）
• 可以生成 按函数/调用路径统计的内存增长趋势

2、安装与使用

sudo apt install heaptrack

1 命令行运行

heaptrack ./your_program arg1 arg2

• 会生成文件：heaptrack.your_program.<pid>.gz
• 运行完成后退出，文件保存完整分配历史

2 可视化分析

heaptrack_gui heaptrack.your_program.<pid>.gz

• 展示：

  • 内存增长曲线
  • 内存分配调用栈
  • 热点函数（哪个函数占用最多内存）

3、最小示例

main.cpp

#include <vector>

int main() {
std::vector<int> v;
for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
v.push_back(i); // 持续增长
}
return 0;
}

运行 heaptrack

heaptrack ./a.out
heaptrack_gui heaptrack.a.out.*.gz

分析结果

• 内存峰值：大约 4MB（vector 扩容造成）
• 调用栈：显示 std::vector::push_back 为主要内存分配来源
• 可追踪具体函数行号（Debug 模式）

4、适合场景

SLAM / ROS 节点 / Server / Daemon
长期运行程序
内存增长趋势分析
瞬时泄漏定位不如 Valgrind 精确

5、面试高频问题

heaptrack 与 Valgrind 的区别？

massif（Valgrind 子工具，内存峰值分析）

massif 专注于堆内存使用量，分析程序最大占用内存点

1、工作原理

2、使用方法

1 命令行

valgrind –tool=massif ./a.out

• 生成文件：massif.out.<pid>

2 可视化（推荐）

ms_print massif.out.<pid>

• 输出内存使用峰值 / 堆树
• 显示占用最多的函数调用路径

3 高级参数

–time-unit=B # 以 bytes 计
–stacks=yes # 包括栈内存
–depth=20 # 堆树深度

3、示例

main.cpp（内存峰值示例）

#include <vector>
int main() {
std::vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
v.push_back(i);
}
return 0;
}

运行 massif

valgrind –tool=massif ./a.out
ms_print massif.out.*

典型输出

MB
100^ #
90 | #
80 | ##
70 | ###
60 | ####
50 | #######
40 | ###########
30 | ############
20 | ###########
10 | ######
0 |#####
Time 0 5 10 15 20

• 显示 内存使用随时间变化
• 帮助找程序峰值 / 潜在优化点

4、heaptrack vs massif 对比

5、工程实践技巧

6、面试高频追问

面试官：为什么不直接用 Valgrind memcheck？

答：

• memcheck 会很慢（10~50x）
• heaptrack / massif 更适合长时间运行或分析内存增长趋势
• memcheck 更适合逻辑错误 / 内存越界 / 小规模调试

heaptrack 能捕捉内存泄漏吗？

答：

• 可以看到未释放内存，但不是精确泄漏检测
• 更偏向内存增长趋势分析，结合 CRT Debug Heap / Dr.Memory 更好

7、终极总结

Linux 下内存工具组合策略：

• 开发期：Valgrind memcheck / Dr.Memory
• 性能调优 / 长期运行：heaptrack / massif
• 最佳实践：结合 GUI 分析热点 + CLI 打印峰值

3、全平台内存工具对照表

（泄漏 / 越界 / 性能 / 工程适用性）

1、总览速查表

2、Windows 平台重点工具

1 CRT Debug Heap（Debug 必备）

总结：

Windows 下最轻量的泄漏定位工具，适合日常开发。

2 Dr.Memory（Windows 下的 Valgrind）

适合：

• 复杂内存错误
• 第三方库
• Release 程序

3 Visual Studio Diagnostic Tools

3、Linux 平台重点工具

4 Valgrind Memcheck（终极武器）

总结：

Memcheck 是最准的，但也是最慢的。

5 Valgrind Massif（内存峰值）

6 heaptrack（长期运行首选）

典型场景：

• ROS 节点
• 长时间跑图
• 内存慢涨

4、跨平台 Sanitizer 家族

7 AddressSanitizer（ASan）

-fsanitize=address

工程事实：

• Google / Meta / LLVM 默认工具
• CI 强烈推荐

8 LeakSanitizer（LSan）

-fsanitize=leak

• 专门检测泄漏
• ASan 的子集

5、不同问题该用什么工具？

内存泄漏

越界 / UAF

内存峰值 / 优化

6、工程级组合策略

真实项目推荐组合：

开发期

• Windows：CRT Debug Heap + ASan
• Linux：ASan + UBSan

单测 / CI

• ASan + LSan

长期运行 / SLAM / Server

• heaptrack
• massif（阶段性）

疑难杂症

• Dr.Memory
• Valgrind Memcheck

7、总结

没有“万能内存工具”，
只有“针对问题选择合适工具”。