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= C++内存调试 =

'''内存调试'''是C++开发中识别和修复内存相关错误的过程。由于C++允许直接操作内存，开发者常会遇到内存泄漏、野指针、缓冲区溢出等问题。本指南将系统介绍常见内存错误类型、调试工具及实战技巧。

== 核心概念 ==

内存调试主要处理以下问题：
* '''内存泄漏'''：分配的内存未被释放
* '''野指针'''：访问已释放的内存区域
* '''缓冲区溢出'''：写入超出分配边界的内存
* '''双重释放'''：多次释放同一内存块

<mermaid>
pie
    title 常见内存错误分布
    "内存泄漏" : 42
    "野指针" : 28
    "缓冲区溢出" : 20
    "双重释放" : 10
</mermaid>

== 调试工具 ==

=== 原生工具 ===
C++标准库提供基础调试功能：
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <cassert>

void checkPointer(int* ptr) {
    assert(ptr != nullptr && "Pointer is null!");
    std::cout << *ptr << std::endl;
}
</syntaxhighlight>

输出示例：
<pre>
Assertion failed: ptr != nullptr && "Pointer is null!"
</pre>

=== 专业工具 ===
{| class="wikitable"
|-
! 工具名称 !! 适用场景 !! 检测能力
|-
| Valgrind || Linux平台 || 内存泄漏、越界访问
|-
| AddressSanitizer || 多平台 || 实时内存错误检测
|-
| Dr. Memory || Windows/Linux || 未初始化内存访问
|}

== 实战案例 ==

=== 案例1：内存泄漏检测 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
// 错误示例
void createLeak() {
    int* arr = new int[100];
    // 忘记delete[] arr;
}

// 正确写法
void safeAllocation() {
    int* arr = new int[100];
    // ...使用arr...
    delete[] arr;  // 显式释放
}
</syntaxhighlight>

使用Valgrind检测：
<pre>
==12345== 100 bytes in 1 blocks are definitely lost
==12345==    at 0x483777F: operator new[](unsigned long)
==12345==    by 0x109146: createLeak()
</pre>

=== 案例2：缓冲区溢出 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
void bufferOverflow() {
    char buf[10];
    strcpy(buf, "This string is too long!"); // 溢出
}
</syntaxhighlight>

AddressSanitizer报告：
<pre>
==ERROR: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow
WRITE of size 25 at 0x7ffd4a3b2f00
</pre>

== 高级技巧 ==

=== 自定义内存追踪 ===
通过重载运算符实现内存跟踪：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void* operator new(size_t size) {
    std::cout << "Allocating " << size << " bytes\n";
    return malloc(size);
}

void operator delete(void* ptr) noexcept {
    std::cout << "Freeing memory\n";
    free(ptr);
}
</syntaxhighlight>

=== 数学建模 ===
内存泄漏概率模型：
<math>
P_{leak} = 1 - \left( \frac{n-1}{n} \right)^k
</math>
其中：
* n = 内存操作次数
* k = 忘记释放的次数

== 最佳实践 ==
* 优先使用智能指针（<code>std::unique_ptr</code>, <code>std::shared_ptr</code>）
* 遵循RAII原则
* 为所有new操作编写对应的delete
* 使用静态分析工具作为开发流程的一部分

== 常见问题解答 ==
'''Q: 如何检测间歇性内存错误？'''
A: 使用压力测试结合AddressSanitizer，持续运行可能触发错误的操作序列。

'''Q: 生产环境如何调试内存问题？'''
A: 部署minidump收集系统，结合核心转储文件分析。

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