C++(Qt)软件调试---内存分析工具Heob（26）

C++(Qt)软件调试—内存分析工具Heob（26）

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  • C++(Qt)软件调试---内存分析工具Heob（26）
    • @[toc]
    • 1、概述🐜
    • 2、环境配置🪲
    • 3、功能说明
    • 4、使用Heob分析qt 程序内存泄漏🦧
    • 5、使用Heob检测qt 程序野指针/内存越界👓
    • 6、使用Heob检测qt 程序空指针/throw抛出异常👕
    • 7、使用Heob检测qt 程序重复释放👗
    • 8、使用Heob检测qt 程序长生命周期式内存泄漏👙
    • 9、相关地址🐐

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1、概述🐜

绝大部分的文章都说Heob是一个内存泄漏分析工具，其实Heob只是内存泄漏分析功能比较突出，实际上Heob可以分析很多内存问题。

Heob是一个Windows下检测缓冲区溢出（野指针、空指针、内存越界、重复释放、异常捕获等）和内存泄漏的工具，集成到Qt Creator中，功能强大，简单容易上手。

  • 支持MSVC和MinGW编译器编译的程序内存泄漏检测；

  • 支持32位和64位程序；

  • 不支持Linux；

  • 支持设置过滤内存泄漏字节大小；

  • 支持异常处理；

  • 支持与Qt调试器、事后调试器联动；

  • 支持将分析结果导出位xml文件，后续通过加载xml文件查看分析结果；

  • Qt Creator支持4.6以上版本，低版本没有这个功能，可以自行安装高版本的QtCreator（注意：不是Qt版本，是IDE版本）。

  • 处理速度块，占用资源少。

在Qt中使用Heob分析内存泄漏有4种用法：

  • 方法1： 使用Heob分析MSVC编译生成的程序，对于 PDB 调试信息，使用 dbghelp.dll，速度块；

  • 方法2： 使用Heob分析MinGW编译生成的程序， 对于DWARF 调试信息 （gcc） ，需要下载dwarfstack.dll库到Heob路径下才可以使用，性能会低很多；

在这里插入图片描述

  • 方法3： 使用Heob分析MinGW编译生成的程序，通过cv2pdb将DWARF 转成PDB进行分析，性能和分析MSVC编译的程序差不多。
  • 方法4： 命令行运行。

注意：

  • MSVC版本<=2017时，Heob检测会出现误报，将内存泄漏包位外部错误的内存泄漏，所以如果使用的编译器版本比较低，过滤设置时就需要勾选上外部错误 项；
  • 对MinGW和MSVC支持不同，有些情况使用MSVC编译器可以检测出来，使用MinGW检测不出来，有些情况相反。
  • 运行Heob前需要保证代码已经完成编译并生成了可执行程序。

演示环境：

环境版本
系统Windows11
开发环境Qt5.9、Qt5.12.12、Qt5.14.2、Qt6.8
IDEQt Creator 5、Qt Creator 10、Qt Creator 14、Qt Creator 15
编译器mingw730_64、mingw1310_64、MSVC2015-64、MSVC2017-64、MSVC2022-64
分析工具Heob 4.0
依赖库dwarfstack 2.2

2、环境配置🪲

  • 下载Heob 4.0和dwarfstack 2.2 解压到同一个文件夹中；

  • 打开Qt Creator，选中【分析】【Heob】；

在这里插入图片描述

  • 打开Heob窗口后点击【浏览】选择Heob路径，然后点击右下角图标保存配置。

    在这里插入图片描述

  • 创建一个Qt工程，测试代码如下所示

#include "widget.h"
#include "ui_widget.h"
#include <QDebug>
#include <QMessageBox>

Widget::Widget(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
    , ui(new Ui::Widget)
{
    ui->setupUi(this);
}

Widget::~Widget()
{
    delete ui;
}

class Test
{
public:
    Test()
    {
        p = new int;
    }

private:
    int* p;
};

/**
 * @brief  内存泄漏1
 */
void Widget::on_pushButton_clicked()
{
    Test* test = new Test();
    free(test);
}


void fun()
{
    for(int i = 0; i < 1024; i++)
    {
        int*p = new int[1000];
        qDebug() << p[1];
    }
}
/**
 * @brief 内存泄漏2
 */
void Widget::on_pushButton_2_clicked()
{
    fun();
}

/**
 * @brief 野指针1
 */
void Widget::on_pushButton_3_clicked()
{
    int* p = new int;
    delete p;
    *p = 123;
}

/**
 * @brief 野指针2
 */
void Widget::on_pushButton_4_clicked()
{
    int* p;
    *p = 123;
}

/**
 * @brief 空指针
 */
void Widget::on_pushButton_5_clicked()
{
    int* p = nullptr;
    *p = 123;
}

/**
 * @brief 内存越界
 */
void Widget::on_pushButton_6_clicked()
{
    int*p = new int[12];
    p[123] = 123;
    p[12] = 1234;
    delete[] p;
}

/**
 * @brief 重复释放
 */
void Widget::on_pushButton_7_clicked()
{
    int*p = new int[12];
    p[1] = 123;
    delete[] p;
    delete[] p;
}

/**
 * @brief 抛出异常
 */
void Widget::on_pushButton_8_clicked()
{
    throw 123;
}

/**
 * @brief 成员数组添加数据
 */
void Widget::on_pushButton_9_clicked()
{
    for(int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        m_list.append(new int);
        qDebug() << i;
    }
}


QList<int*> g_list;
/**
 * @brief 全局数组添加数据
 */
void Widget::on_pushButton_10_clicked()
{
    for(int i = 0; i < 10000; i++)
    {
        g_list.append(new int);
        qDebug() << i;
    }
}

/**
 * @brief 释放内存
 */
void Widget::on_pushButton_11_clicked()
{
    for(int i = 0; i < m_list.count(); i++)
    {
        delete m_list[i];
    }
    for(int i = 0; i < g_list.count(); i++)
    {
        delete g_list[i];
    }
    m_list.clear();
    g_list.clear();
    QMessageBox::about(this, "注意！", QString("已经释放内存：%1  %2").arg(m_list.count()).arg(g_list.count()));
}

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3、功能说明

  • 详细功能说明可以打开命令行，使用heob.exe -H命令查看；

如图所示：

在这里插入图片描述

  • 点击【新建/删除】可以创建新的配置文件；

  • 点击右下角软盘图标可以保存配置，配置文件保存在C:\Users\MHF\AppData\Roaming\QtProject\QtCreator.ini文件中；

  • 点击【OK】开始进行分析。

  • Heob Path： 下载解压的Heob.exe文件路径；

  • XML output file: 生成的xml文件名称，使用的相对路径，在可执行程序路径下，后续可通过【调试】窗口中的文件夹图标加载生成的xml文件；

    在这里插入图片描述

  • Handle exceptions： 设置出现异常时的处理方式

    • 设置为On则使用Heob处理，出现异常时程序退出，在调试窗口显示出现异常的信息；
    • 设置为Off则在出现异常时，会使用事后调试器进行调试。
    • 设置为Only则禁用所有Heob功能，除了安装异常处理程序。如果应用程序崩溃，则只显示崩溃的堆栈跟踪，不检测内存泄漏。因此，当在控制台上使用Heob或为子进程运行Heob时，此选项非常有用。

    在这里插入图片描述

  • Run with debugger： 勾选上后会以Debug调试模式运行，当出现异常（例如空指针野指针）时会触发断点，定位到出现异常的位置；

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  • Raise breakpoint exception on error： 表示出现异常时触发断点，（主要用于重复释放）
    • 如果没勾选，则出现重复释放、内存越界等问题时，不会触发异常断点，会将检测结果写入文件；
    • 如果勾选上后，并且勾选了Run with debugger，则出现重复释放、内存越界等问题时，将会触发异常断点；

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  • Page protection： 这个功能更适合用于检测内存越界、野指针；
    • 选择OFF时更适合检测内存泄漏；
    • 选择After后会在分配的内存块末尾设置一个保护页，当访问到这个保护页时就会触发异常，从而识别出野指针、内存越界；
    • 选择Before则会再分配的内存块前设置一个保护页；
    • 这个功能会消耗内存、降低检查速度，建议仅用于64位或短时间运行的程序。

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  • Freed memory protection： 这个功能会增加释放内存保护功能，已经释放的内存就不会再被使用，对于检测野指针、重复释放问题有用，但是会大量消耗内存。
  • Leak details： 这个选项用于设置程序退出时融合处理收集到的内存泄漏数据，不同的设置影响分析结果和处理速度；
    • None：表示不收集内存泄漏数据，所以退出时速度最快；
    • Simple：表示将所有未释放的内存写入结果文件，速度最慢，生成的xml文件也最大，所有内存泄漏分析结果都会被记录为16 bytes in 1 blocks are lost in loss record 196 of 209 (#2513)，无法通过过滤器进行过滤；
    • Detect Leak Types：会记录所有确定的直接内存泄漏、间接内存泄漏到文件中，速度会快一些；
    • Detect Leak Types (Show Reachable)：除了记录所有确定的直接内存泄漏、间接内存泄漏到文件中，还会将可能存在内存泄漏的结果记录到文件中，可以通过过滤器中【可能的内存泄漏】选项过滤；
    • Fuzzy Detect Leak Types：选择模糊检测泄漏类型来标记内存块，或者它们是否引用了任何地址。当使用一些自定义分配器（例如：ffmpeg的av_malloc()）时，此选项很有用，检测结果最少，只保留最有可能内存泄漏的记录，速度快，生成的文件小；
    • Detect Leak Types (Show Reachable) ：与Fuzzy Detect Leak Types类似，不过会将其它的记录认为是可能存在的内存泄漏，也会记录到文件中，可以通过过滤器中【可能的内存泄漏】选项过滤。

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  • Minimum leak size： 设置记录内存泄漏的最小字节数，低于设置值的内存泄漏不会被记录；

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  • Control leak recording： 控制记录内存泄漏的开关、记录时间段等，更加灵活的记录分析内存泄漏的功能（例如记一个数组不断添加堆内存数据，很长一段时间才会释放一次，这种就是特殊情况的内存泄漏，就可以通过n/f快捷键来控制检测）；

    • OFF：关闭终端，始终开启内存泄漏记录；
    • On (Start Disabled)：打开终端，Heob启动时不记录内存泄漏，可在终端中进行控制；
    • On (Start Enabled)：打开终端，Heob启动时就开始记录内存泄漏，并且可在终端中进行控制。

    在这里插入图片描述

  • Extra arguments： 用于输入运行其它Heob参数，例如输入-vleaks.svg会将检测结果生成svg矢量图；

    • 更多Heob参数使用命令行Heob64.exe -H查看。

    在这里插入图片描述

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4、使用Heob分析qt 程序内存泄漏🦧

  1. 打开测试代码，使用MSVC编译器、Debug模式进行编译，保留pdb符号表；

  2. 编译生成可执行程序；

  3. 点击【分析】【Heob】【OK】启动程序进行分析；

  4. 当程序运行后分别点击【泄漏1】【泄漏2】按键，然后退出程序，程序退出后会将分析结果生成位leaks.xml文件，并在调试窗口显示检测到的内存泄漏；

  5. 生成的检测结果会有许多动态库中的误报，可以点击调试窗口上的过滤图标，取消勾选【外部错误】项（如果MSVC版本<=2017则勾选外部错误）；

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  6. 检测结果如下所示，出现两个内存泄漏，大小分别是409600字节和16字节。

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

5、使用Heob检测qt 程序野指针/内存越界👓

  • 打开Heob窗口；
  • 将Page protection选为【After】或者【Before 】；
  • 点击开始检测，运行野指针代码就可以成功捕获到野指针异常。
  • 由于野指针、内存越界都是不可恢复的异常，所以检测到这类异常后会直接终止Heob。

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6、使用Heob检测qt 程序空指针/throw抛出异常👕

  • 打开Heob窗口；
  • 使用默认设置；
  • 点击开始检测，运行野指针代码就可以成功捕获到空指针、抛出异常。
  • 由于空指针异常无法恢复，检测到后会终止Heob；
  • 如果throw抛出异常后没有被try捕获，则会被Heob检测到，并触发终止，如果被try捕获，则Heob无法检测。

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7、使用Heob检测qt 程序重复释放👗

  • 打开Heob窗口；
  • 勾选Raise breakpoint exception on error： 表示出现异常时触发断点，如果不勾选就只会保存到检测结果；
  • 再勾选Run with debugger ，在出现重复释放异常时，就会触发断点，进入调试。

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8、使用Heob检测qt 程序长生命周期式内存泄漏👙

这里的长生命周期式内存泄漏不同于普通内存泄漏使用new分配了而没有delete；

长生命周期内存泄漏指使用new分配了内存，过了很长时间才会delete，例如成员指针、全局变量、静态变量等；

这类内存泄漏会更加难以排查，也容易造成严重问题。

测试方法1： 无法检测到长生命周期内存泄漏

  • 打开Heob进行检测；
  • 点击按键，向成员数组中new大量变量；
  • 过一段时间后再释放成员数组中的所有内存；
  • 无法检测到出现内存泄漏；

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测试方法1： 无法检测到长生命周期内存泄漏

  • 打开Heob窗口；

  • 如下图所示，选择Detect Leak Types（不必须），避免文件写入太多内存，检测大小设置为500字节（不必须），选择On(Start Disabled)，在程序启动前不记录，在运行过程中通过终端命令行控制开始/结束记录的时机；

    在这里插入图片描述

  • 点击【OK】启动Heob；

  • 程序运行后按下n键开始记录；

  • 然后在程序中分别给成员数组、全局数组分配内存；

  • 在终端按下f键停止记录，并按下s键将当前内存泄漏分析结果写入文件；

  • 然后点击按键释放数组分配的内存；

  • 退出程序后就可以看见检测到的内存泄漏了。

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9、相关地址🐐

  • Heob
  • 下载dwarfstack.dll
  • 通过cv2pdb将DWARF 转成PDB
  • Heob | Qt Creator Documentation
  • Detect memory leaks with Heob | Qt Creator Documentation

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