涉及C语言free()函数的单元测试

Question

我在Unix/Linux上使用C语言进行编程。我对内存分配的工作原理有基本的了解，足以知道如果我使用malloc()然后free()，我不太可能真正释放整个页面；因此，如果我在free()之前和之后使用getrusage()，我不太可能看到任何差异。

我想为一个销毁数据结构的函数编写单元测试，以查看所涉及的内存区域是否已被释放。如果需要，我可以接受依赖于操作系统的解决方案，我的主要平台是……

Linux beast 3.2.0-23-generic #36-Ubuntu SMP Tue Apr 10 20:39:51 UTC 2012 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

我的主要操作系统是OS X，次要操作系统是FreeBSD。如果有一种解决方案可以使检查free()相对容易，我也可以接受一个替代的malloc()。

需要明确的是，我正在测试一个用于删除大型数据结构的例程，并且我想确保所有分配的区域实际上都被释放了，即单元测试特定单元没有基本内存泄漏。我将假设free()已经完成了它的工作，我只是确保我的代码实际上调用了所有分配给它负责的分配区域的free。

在这个特定的情况下，涉及到树形结构，对于树中的每个数据块，该结构负责调用删除存储在树中的数据的例程，这可能是一些其他任意的东西...

- Michael Conlen

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我真的不认为这是必要的..你释放它然后忘记它就好了。 - user195488

澄清一下，您想要一个测试来确认已释放的物理内存已经返回给操作系统了吗？ - Oliver Charlesworth

我认为问题是如何检测free函数是否被调用。如果问题是“我的free函数工作正常吗？”那么这里就没有问题了。是的，你的free函数工作正常。编译器供应商负责测试它，你试图测试是毫无意义的。 - David Heffernan

你可以随时使用mmap()/munmap()并自己分配切片。然而，通常情况下，不将其返回给操作系统也不是什么大问题。如果页面未被使用且存在内存需求，则它将从RAM中交换出去。 - FatalError

Answer 1

我最好的建议是使用valgrind。

他们为malloc和free制作了包装器，比你自己编写的系统更好地显示内存泄漏。他们还可以捕获各种其他不容易通过单元测试发现和测试的错误，例如未初始化的变量。

因此，始终使用valgrind运行您的测试，并将您的成功标准设置为所有测试都通过，并且valgrind没有显示任何错误和未分配的内存。

附言：如果您已经有一些代码库，则开始可能有点麻烦，但是如果您花时间修复所有valgrind错误，则您的测试和系统将更加可靠！

- barsju

Answer 2

很抱歉要再次这样做，但经过一夜的睡眠，我找到了一个明确的答案，它来自于SVID（还有人记得System V吗？），但是它被纳入了Linux中的glibc中，很可能是通过在dlmalloc中使用而实现的；因此，可以通过使用dlmalloc()作为替代的malloc，在其他系统上使用它。

使用该例程。

struct mallinfo mallinfo(void);

结构体mallinfo是

struct mallinfo
{
  int arena;    /* non-mmapped space allocated from system */
  int ordblks;  /* number of free chunks */
  int smblks;   /* number of fastbin blocks */
  int hblks;    /* number of mmapped regions */
  int hblkhd;   /* space in mmapped regions */
  int usmblks;  /* maximum total allocated space */
  int fsmblks;  /* space available in freed fastbin blocks */
  int uordblks; /* total allocated space */
  int fordblks; /* total free space */
  int keepcost; /* top-most, releasable (via malloc_trim) space */
};

特别是 arena 和 uordblks 可以告诉你 malloc() 分配的字节数，与使用 sbrk() 或 mmap() 从操作系统请求的页面大小无关，而这些信息可以由 arena 和 hblkhd 给出。

- Michael Conlen

Answer 3

对于各种内存泄漏调试，你可以使用一个技巧，就是简单地增加规模，直到问题更加明显。进行一次malloc/free循环，然后捕获getrusage()的结果，接着再进行1000次malloc/free循环，并确保进程实际上没有分配更多的内存。通过泄漏其中的1000个，你可以将问题的规模增加到足以引起注意。

如果你想要更确定性的方法（但稍微有些侵入性），你可以覆盖malloc()和free()来跟踪分配并观察测试工具中的跟踪数据。你可以找到几个调试malloc库的示例，以帮助你完成这项工作。

- Ben Jackson

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据我从http://linux.die.net/man/2/getrusage看到，Linux没有填充内存使用情况。 - thoni56

Answer 4

最简单的方法是为malloc和free创建包装器。如果您使用真正的malloc和free，则可能会发生以下情况：

1. 您分配内存
2. 您对该内存执行某些操作
3. 您释放内存
4. 操作系统中的其他人，甚至是您自己代码中的其他内容，需要内存，因此操作系统在其他地方分配该内存，因为它现在是空闲的
5. 您测试以查看内存是否空闲，但实际上不是，但您认为它应该是，因此您得到了错误的测试失败。

- Yusuf X

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这种情况通常只会在实时执行程序中发生，因此您需要非常小心。在大多数其他操作系统中，您都有虚拟内存管理。 - thoni56