MFC中内存分配方式和调试机制.docx
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MFC中内存分配方式和调试机制
10.内存分配方式和调试机制
1.M内存分配
1.内存分配函数
MFCWin32或者C语言的内存分配API，有四种内存分配API可供使用。
1.Win32的堆分配函数
每一个进程都可以使用堆分配函数创建一个私有的堆──调用进程地址空间的一个或者多个页面。
DLL创建的私有堆必定在调用DLL的进程的地址空间内，只能被调用进程访问。
HeapCreate用来创建堆；HeapAlloc用来从堆中分配一定数量的空间，HeapAlloc分配的内存是不能移动的；HeapSize可以确定从堆中分配的空间的大小；HeapFree用来释放从堆中分配的空间；HeapDestroy销毁创建的堆。
2.Windows传统的全局或者局部内存分配函数
由于Win32采用平面内存结构模式，Win32下的全局和局部内存函数除了名字不同外，其他完全相同。
任一函数都可以用来分配任意大小的内存（仅仅受可用物理内存的限制）。
用法可以和Win16下基本一样。
Win32下保留这类函数保证了和Win16的兼容。
3.C语言的标准内存分配函数
C语言的标准内存分配函数包括以下函数：
malloc，calloc，realloc，free，等。
这些函数最后都映射成堆API函数，所以，malloc分配的内存是不能移动的。
这些函数的调式版本为
malloc_dbg，calloc_dbg，realloc_dbg，free_dbg，等。
4.Win32的虚拟内存分配函数
虚拟内存API是其他API的基础。
虚拟内存API以页为最小分配单位，X86上页长度为4KB，可以用GetSystemInfo函数提取页长度。
虚拟内存分配函数包括以下函数：
∙LPVOIDVirtualAlloc（LPVOIDlpvAddress,
DWORDcbSize,
DWORDfdwAllocationType,
DWORDfdwProtect）;
该函数用来分配一定范围的虚拟页。
参数1指定起始地址；参数2指定分配内存的长度；参数3指定分配方式，取值MEM_COMMINT或者MEM_RESERVE；参数4指定控制访问本次分配的内存的标识，取值为PAGE_READONLY、PAGE_READWRITE或者PAGE_NOACCESS。
∙LPVOIDVirtualAllocEx（HANDLEprocess,
LPVOIDlpvAddress,
DWORDcbSize,
DWORDfdwAllocationType,
DWORDfdwProtect）;
该函数功能类似于VirtualAlloc，但是允许指定进程process。
VirtaulFree、VirtualProtect、VirtualQuery都有对应的扩展函数。
∙BOOLVirtualFree（LPVOIDlpvAddress,
DWORDdwSize,
DWORDdwFreeType）;
该函数用来回收或者释放分配的虚拟内存。
参数1指定希望回收或者释放内存的基地址；如果是回收，参数2可以指向虚拟地址范围内的任何地方，如果是释放，参数2必须是VirtualAlloc返回的地址；参数3指定是否释放或者回收内存，取值为MEM_DECOMMINT或者MEM_RELEASE。
∙BOOLVirtualProtect（LPVOIDlpvAddress,
DWORDcbSize,
DWORDfdwNewProtect,
PDWORDpfdwOldProtect）;
该函数用来把已经分配的页改变成保护页。
参数1指定分配页的基地址；参数2指定保护页的长度；参数3指定页的保护属性，取值PAGE_READ、PAGE_WRITE、PAGE_READWRITE等等；参数4用来返回原来的保护属性。
∙DWORDVirtualQuery（LPCVOIDlpAddress,
PMEMORY_BASIC_INFORMATIONlpBuffer,
DWORDdwLength
）;
该函数用来查询内存中指定页的特性。
参数1指向希望查询的虚拟地址；参数2是指向内存基本信息结构的指针；参数3指定查询的长度。
∙BOOLVirtualLock（LPVOIDlpAddress,DWORDdwSize）;
该函数用来锁定内存，锁定的内存页不能交换到页文件。
参数1指定要锁定内存的起始地址；参数2指定锁定的长度。
∙BOOLVirtualUnLock（LPVOIDlpAddress,DWORDdwSize）;
参数1指定要解锁的内存的起始地址；参数2指定要解锁的内存的长度。
1.C++的new和delete操作符
MFC定义了两种作用范围的new和delete操作符。
对于new，不论哪种，参数1类型必须是size_t，且返回void类型指针。
1.全局范围内的new和delete操作符
原型如下：
void_cdecl:
:
operatornew（size_tnSize）;
void__cdecloperatordelete（void*p）;
调试版本：
void*__cdecloperatornew（size_tnSize,intnType,
LPCSTRlpszFileName,intnLine）
2.类定义的new和delete操作符
原型如下：
void*PASCALclassname:
:
operatornew（size_tnSize）;
voidPASCALclassname:
:
operatordelete（void*p）;
类的operatornew操作符是类的静态成员函数，对该类的对象来说将覆盖全局的operatornew。
全局的operatornew用来给内部类型对象（如int）、没有定义operatornew操作符的类的对象分配内存。
new操作符被映射成malloc或者malloc_dbg，delete被映射成free或者free_dbg。
1.调试手段
MFC应用程序可以使用C运行库的调试手段，也可以使用MFC提供的调试手段。
两种调试手段分别论述如下。
1.C运行库提供和支持的调试功能
C运行库提供和支持的调试功能如下：
1.调试信息报告函数
用来报告应用程序的调试版本运行时的警告和出错信息。
包括：
_CrtDbgReport用来报告调试信息；
_CrtSetReportMode设置是否警告、出错或者断言信息；
_CrtSetReportFile设置是否把调试信息写入到一个文件。
2.条件验证或者断言宏：
断言宏主要有：
assert检验某个条件是否满足，不满足终止程序执行。
验证函数主要有：
_CrtIsValidHeapPointer验证某个指针是否在本地堆中；
_CrtIsValidPointer验证指定范围的内存是否可以读写；
_CrtIsMemoryBlock验证某个内存块是否在本地堆中。
3.内存（堆）调试：
malloc_dbg分配内存时保存有关内存分配的信息，如在什么文件、哪一行分配的内存等。
有一系列用来提供内存诊断的函数：
_CrtMemCheckpoint保存内存快照在一个_CrtMemState结构中；
_CrtMemDifference比较两个_CrtMemState；
_CrtMemDumpStatistics转储输出一_CrtMemState结构的内容；
_CrtMemDumpAllObjectsSince输出上次快照或程序开始执行以来在堆中分配的所有对象的信息；
_CrtDumpMemoryLeaks检测程序执行以来的内存漏洞，如果有漏洞则输出所有分配的对象。
1.MFC提供的调试手段
MFC在C运行库提供和支持的调试功能基础上，设计了一些类、函数等来协助调试。
1.MFC的TRACE、ASSERT
ASSERT
使用ASSERT断言判定程序是否可以继续执行。
TRACE
使用TRACE宏显示或者打印调试信息。
TRACE是通过函数AfxTrace实现的。
由于AfxTrace函数使用了cdecl调用约定，故可以接受个数不定的参数，如同printf函数一样。
它的定义和实现如下：
voidAFX_CDECLAfxTrace（LPCTSTRlpszFormat,...）
{
#ifdef_DEBUG//allAfxTraceoutputiscontrolledbyafxTraceEnabled
if（!
afxTraceEnabled）
return;
#endif
//处理个数不定的参数
va_listargs;
va_start（args,lpszFormat）;
intnBuf;
TCHARszBuffer[512];
nBuf=_vstprintf（szBuffer,lpszFormat,args）;
ASSERT（nBuf<_countof（szBuffer））;
if（（afxTraceFlags&traceMultiApp）&&（AfxGetApp（）!
=NULL））
afxDump<m_pszExeName<<":
";
afxDump<va_end（args）;
}
#endif//_DEBUG
在程序源码中，可以控制是否显示跟踪信息，显示什么跟踪信息。
如果全局变量afxTraceEnabled为TRUE，则TRACE宏可以输出；否则，没有TRACE信息被输出。
如果通过afxTraceFlags指定了跟踪什么消息，则输出有关跟踪信息，例如为了指定“MultilpleApplicationDebug”，令AfxTraceFlags|=traceMultiApp。
可以跟踪的信息有：
enumAfxTraceFlags
{
traceMultiApp=1,//multi-appdebugging
traceAppMsg=2,//mainmessagepumptrace（includesDDE）
traceWinMsg=4,//Windowsmessagetracing
traceCmdRouting=8,//Windowscommandroutingtrace
//（set4+8forcontrolnotifications）
traceOle=16,//specialOLEcallbacktrace
traceDatabase=32,//specialdatabasetrace
traceInternet=64//specialInternetclienttrace
};
这样，应用程序可以在需要的地方指定afxTraceEnabled的值打开或者关闭TRACE开关，指定AfxTraceFlags的值过滤跟踪信息。
VisualC++提供了一个TRACE工具，也可以用来完成上述功能。
为了显示消息信息，MFC内部定义了一个AFX_MAP_MESSAG类型的数组allMessages，储存了Windows消息和消息名映射对。
例如：
allMessages[1].nMsg=WM_CREATE,
allMessages[1].lpszMsg=“WM_CREATE”
MFC内部还使用函数_AfxTraceMsg显示跟踪消息，它可以接收一个字符串和一个MSG指针，然后，把该字符串和MSG的各个域的信息组合成一个大的字符串并使用AfxTrace显示出来。
allMessages和函数_AfxTraceMsg的详细实现可以参见AfxTrace.cpp。
2.MFC对象内容转储
对象内容转储是CObject类提供的功能，所有从它派生的类都可以通过覆盖虚拟函数DUMP来支持该功能。
在讲述CObject类时曾提到过。
虚拟函数Dump的定义：
classClassName:
publicCObject
{
public:
#ifdef_DEBUG
virtualvoidDump（CDumpContext&dc）const;
#endif
…
};
在使用Dump时，必须给它提供一个CDumpContext类型的参数，该参数指定的对象将负责输出调试信息。
为此，MFC提供了一个预定义的全局CDumpContext对象afxDump，它把调试信息输送给调试器的调试窗口。
从前面AfxTrace的实现可以知道，MFC使用了afxDump输出跟踪信息到调试窗口。
CDumpContext类没有基类，它提供了以文本形式输出诊断信息的功能。
例如：
CPerson*pMyPerson=newCPerson;
//setsomefieldsoftheCPersonobject...
//...
//nowdumpthecontents
#ifdef_DEBUG
pMyPerson->Dump（afxDump）;
#endif
3.MFC对象有效性检测
对象有效性检测是CObject类提供的功能，所有从它派生的类都可以通过覆盖虚拟函数AssertValid来支持该功能。
在讲述CObject类时曾提到过。
虚拟函数AssertValid的定义：
classClassName:
publicCObject
{
public:
#ifdef_DEBUG
virtualvoidAssertValid（）const;
#endif
…
};
使用ASSERT_VALID宏判断一个对象是否有效，该对象的类必须覆盖了AssertValid函数。
形式为：
ASSERT_VALID（pObject）。
另外，MFC提供了一些函数来判断地址是否有效，如：
AfxIsMemoryBlock，AfxIsString，AfxIsValidAddress。
1.内存诊断
MFC使用DEBUG_NEW来跟踪内存分配时的执行的源码文件和行数。
把#definenewDEBUG_NEW插入到每一个源文件中，这样，调试版本就使用_malloc_dbg来分配内存。
MFCAppwizard在创建框架文件时已经作了这样的处理。
1.AfxDoForAllObjects
MFC提供了函数AfxDoForAllObjects来追踪动态分配的内存对象，函数原型如下：
voidAfxDoForAllObjects（void（*pfn）（CObject*pObject,
void*pContext）,void*pContext）;
其中：
参数1是一个函数指针，AfxDoForAllObjects对每个对象调用该指针表示的函数。
参数2将传递给参数1指定的函数。
AfxDoForAllObjects可以检测到所有使用new分配的CObject对象或者CObject类派生的对象，但全局对象、嵌入对象和栈中分配的对象除外。
2.内存漏洞检测
仅仅用于new的DEBUG版本分配的内存。
完成内存漏洞检测，需要如下系列步骤：
∙调用AfxEnableMemoryTracking（TRUE/FALSE）打开/关闭内存诊断。
在调试版本下，缺省是打开的；关闭内存诊断可以加快程序执行速度，减少诊断输出。
∙使用MFC全局变量afxMemDF更精确地指定诊断输出的特征，缺省值是allocMemDF，可以取如下值或者这些值相或：
afxMemDF，delayFreeMemDF，checkAlwaysMemDF
其中：
allocMemDF表示可以进行内存诊断输出；delayFreeMemDF表示是否是在应用程序结束时才调用free或者delete，这样导致程序最大可能的分配内存；checkAlwaysMemDF表示每一次分配或者释放内存之后都调用函数AfxCheckMemory进行内存检测（AfxCheckMemory检查堆中所有通过new分配的内存（不含malloc））。
这一步是可选步骤，非必须。
∙创建一个CMemState类型的变量oldMemState，调用CMemState的成员函数CheckPoint获得初次内存快照。
∙执行了系列内存分配或者释放之后，创建另一个CMemState类型变量newMemState，调用CMemState的成员函数CheckPoint获得新的内存快照。
∙创建第三个CMemState类型变量difMemState，调用CMemState的成员函数Difference比较oldMemState和newMemState，结果保存在变量difMemState中。
如果没有不同，则返回FALSE，否则返回TRUE。
∙如果不同，则调用成员函数DumpStatistics输出比较结果。
例如：
//Declarethevariablesneeded
#ifdef_DEBUG
CMemoryStateoldMemState,newMemState,diffMemState;
oldMemState.Checkpoint（）;
#endif
//doyourmemoryallocationsanddeallocations...
CStrings="Thisisaframevariable";
//thenextobjectisaheapobject
CPerson*p=newCPerson（"Smith","Alan","581-0215"）;
#ifdef_DEBUG
newMemState.Checkpoint（）;
if（diffMemState.Difference（oldMemState,newMemState））
{
TRACE（"Memoryleaked!
\n"）;
diffMemState.DumpStatistics（）;
//ordiffMemState.DumpAllObjectsSince（）;
}
#endif
MFC在应用程序（调试版）结束时，自动进行内存漏洞检测，如果存在漏洞，则输出漏洞的有关信息。
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