通用 C/C++ 記憶體洩漏檢測框架 GMFD：跨平台無依賴實作指南

專案背景

x86 平台有 Valgrind 等成熟工具，但新架構（如 Tilera TilePro64）往往缺乏工具鏈支援。GMFD（General Memory Fault Detection Framework）透過重寫標準庫分配/釋放函數 + 全域 Map 追蹤，在任何平台提供輕量級洩漏檢測，輸出檔案名、行號、呼叫堆疊等關鍵資訊。

核心原理

1. 攔截非共享記憶體 API：malloc、new、new[]、free、delete、delete[]
2. 攔截共享記憶體 API：mspace_malloc、mspace_free
3. 記錄資訊：指標值、檔案名（__FILE__）、行號（__LINE__）、大小、呼叫堆疊 → 存入 std::map<void*, MemInfo>（Key 為指標）。
4. 釋放時移除：free/delete 依指標查找 Map 並移除，再呼叫系統釋放函數。
5. 程式結束掃描 Map：殘留項目即為洩漏，輸出詳細日誌。

關鍵實作細節

1. 取得檔案名與行號

利用預處理巨集 __FILE__、__LINE__，在呼叫端自動展開。

2. 巨集開關控制編譯分支

#if defined(MEM_DEBUG)
#define malloc DEBUG_MALLOC
#define free   DEBUG_FREE
// ... 其餘同理
#endif

3. 全域管理物件 RAII

• 設計封裝 Map 的類別，建構函數初始化，解構函數掃描輸出洩漏。
• 全域單例物件 appMemory 確保生命週期覆蓋整個程式。
• 多執行緒環境下 Map 操作需互斥鎖保護。

4. 共享記憶體 Map 實作

• 跨行程共享記憶體需將 Map 放入共享記憶體區段。
• 使用 Boost.Interprocess (v1.35+) 提供的共享記憶體 allocator 替換 std::map 預設 allocator。
• 或自行實作基於 shm_open/mmap 的 allocator。
• 行程間同步採用信號燈。

5. 介面使用方式

引入 libmemck.h，在被測程式加入初始化代碼即可啟用。

6. 訊號捕獲生成洩漏報告

全域物件建構時註冊 SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGTERM 處理器，收到訊號即掃描 Map 輸出 leak 檔案。

7. 函數指標相容性處理

若程式將 malloc 作為函數指標傳遞，重載簽名不一致會導致編譯失敗。解法：提供 my_malloc_p(size) 保持原簽名，雖無法記錄檔案/行號，但仍能統計洩漏大小。

適用場景

• 嵌入式/新架構無 Valgrind 支援環境
• 需輕量級、可嵌入專案建置系統的洩漏檢測
• 跨平台專案統一記憶體檢測基準

本文整理自「百度技術博客」，原文出處：https://baidutech.blog.51cto.com/4114344/743278 | 首發：百度測試技術空間