C++中如何实现内存追踪重载operator new的调试技术

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发布时间：2025-07-20 10:41:01

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原创

c++内存追踪通过重载operator new和operator delete实现，核心步骤包括：1. 重载内存分配与释放函数，记录分配信息；2. 捕获堆栈信息用于定位泄漏点；3. 使用map存储与对比内存分配与释放记录；4. 大型项目中结合条件编译、自定义分配器、抽样追踪及现有工具降低性能影响；5. 分析泄漏时结合堆栈、快照、生命周期管理及智能指针；6. 避免递归调用、兼容性问题、性能瓶颈与多线程安全问题。

C++中如何实现内存追踪重载operator new的调试技术

C++内存追踪的核心在于监控内存的分配和释放，通过重载operator new和operator delete可以实现。调试技术上，需要关注堆栈信息、内存泄漏检测工具，以及自定义的日志记录。

重载operator new和operator delete，加入内存分配和释放的记录，这是C++内存追踪的基础。你可能会想，直接用现成的工具不好吗？当然可以，但了解底层原理，自定义追踪，才能更灵活地解决特定问题。

重载operator new，在分配内存时，记录分配的大小、地址、分配时的堆栈信息。堆栈信息很重要，能告诉你内存是在哪里分配的。重载operator delete，记录释放的地址，然后和分配记录对比，就能知道有没有内存泄漏。

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#include 
#include 
#include 
#include  // 需要安装libexecinfo1-dev

// 存储分配信息的结构体
struct AllocationInfo {
    size_t size;
    void** stackTrace;
    int stackDepth;
};

std::map allocations;
std::mutex allocationMutex;

void captureStackTrace(void**& stackTrace, int& stackDepth) {
    stackDepth = 0;
    stackTrace = new void*[128];
    stackDepth = backtrace(stackTrace, 128);
}


void* operator new(size_t size) {
    void* ptr = malloc(size);
    if (!ptr) {
        throw std::bad_alloc();
    }

    std::lock_guard lock(allocationMutex);

    AllocationInfo info;
    info.size = size;
    captureStackTrace(info.stackTrace, info.stackDepth);


    allocations[ptr] = info;

    return ptr;
}

void operator delete(void* ptr) noexcept {
    if (!ptr) return;

    std::lock_guard lock(allocationMutex);

    auto it = allocations.find(ptr);
    if (it != allocations.end()) {
      delete[] it->second.stackTrace;
      allocations.erase(it);
    } else {
        std::cerr << "释放了未追踪的内存地址: " << ptr << std::endl;
    }

    free(ptr);
}

// 示例用法
int main() {
    int* arr = new int[10];
    delete[] arr;

    if (!allocations.empty()) {
        std::cerr << "内存泄漏检测到!" << std::endl;
        for (const auto& pair : allocations) {
            std::cerr << "地址: " << pair.first << ", 大小: " << pair.second.size << " 字节" << std::endl;
            // 可以打印堆栈信息
        }
    } else {
        std::cout << "没有内存泄漏." << std::endl;
    }

    return 0;
}