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[English version](/posts/c教程/en-US/08-Debugging Testing Profiling/072-Using Valgrind for Memory Checking)

如果 gdb 可以帮助您了解程序如何运行，那么 Valgrind 可以帮助您了解程序的泄漏位置。 C 为您提供了对内存的原始控制，这意味着您负责每次分配、释放和指针访问。

当您需要找到以下内容时，Valgrind 是您最好的朋友：

  • 内存泄漏（忘记free())
  • 无效读/写
  • 双重免费
  • 释放后使用错误

让我们学习如何使用它来使您的程序可靠且无泄漏。

步骤1.安装Valgrind ​

在 Linux 上：

sudo apt install valgrind

在 macOS 上（使用 Homebrew）：

brew install valgrind

使用调试符号编译程序：

gcc -g memory.c -o memory

步骤 2. 使用 Valgrind 运行 ​

在 Valgrind 下运行你的程序：

valgrind ./memory

Valgrind 在虚拟 CPU 中运行您的程序并监视每个内存操作。最后，它打印分配和泄漏的详细报告。

步骤 3. 一个简单的例子 ​

这是一个有两个常见错误的程序：泄漏和无效释放。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
    int *p = malloc(10 * sizeof(int));
    p[10] = 42;  // invalid write (out of bounds)
    return 0;    // forgot to free(p)
}

运行它：

gcc -g mem_bug.c -o mem_bug
valgrind ./mem_bug

输出：

==1234== Invalid write of size 4
==1234==    at 0x1091A: main (mem_bug.c:6)
==1234==  Address 0x5201048 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd
==1234==    at 0x484186F: malloc (vg_replace_malloc.c:380)
==1234==
==1234== HEAP SUMMARY:
==1234==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks
==1234== LEAK SUMMARY:
==1234==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks

Valgrind 捕获了无效访问和泄漏。

步骤 4. 修复错误 ​

正确版本：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
    int *p = malloc(10 * sizeof(int));
    if (!p) return 1;
    p[9] = 42;   // valid index
    free(p);
}

再次运行：

valgrind ./mem_bug

输出：

== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts

干净又完美。

步骤 5. 检测释放后使用 ​

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));
    *p = 5;
    free(p);
    printf("%d\n", *p); // using freed memory
}

瓦尔格林德 说：

==1234== Invalid read of size 4
==1234==    at 0x1091A: main (use_after_free.c:7)
==1234==  Address 0x5201040 is 0 bytes inside a block of size 4 free'd

它甚至显示了块被释放的位置。

步骤 6. 检测双重释放 ​

#include <stdlib.h>
int main(void) {
    int *p = malloc(4);
    free(p);
    free(p);
}

Valgrind 输出：

==1234== Invalid free() / delete / delete[]
==1234==    at 0x4845DEF: free (vg_replace_malloc.c:872)
==1234==  Address 0x5201040 was freed previously

步骤 7. 内存泄漏类别 ​

Valgrind 将泄漏分为几类：

类型意义
肯定输了没有指向该块的指针保留，真正的泄漏
间接损失被泄露的块引用
可能丢失指针可能存在但Valgrind无法确认
仍然可达程序结束但内存未释放（通常是无害的）

步骤 8. 获取干净的报告 ​

仅检查是否存在真正的泄漏：

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=definite ./program

对于更详细的跟踪：

valgrind --track-origins=yes ./program

该标志告诉您未初始化的变量首次出现的位置。

步骤 9. 检查堆栈或未初始化的值 ​

#include <stdio.h>
int main(void) {
    int x;
    printf("%d\n", x); // uninitialized read
}

Valgrind 输出：

==1234== Use of uninitialised value of size 4
==1234==    at 0x1091A: main (uninit.c:5)

始终初始化变量！

步骤 10. 小代码：泄漏检测器 ​

#include <stdlib.h>
void leak1(void) { malloc(100); }
void leak2(void) { char *p = malloc(50); free(p); }
int main(void) {
    leak1();
    leak2();
}

跑步：

valgrind --leak-check=full ./leaks

输出：

==1234== 100 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==1234== LEAK SUMMARY:
==1234==    definitely lost: 100 bytes in 1 blocks

仅有的leak1()忘记了free()，Valgrind 准确地指出了这一点。

为什么它很重要 ​

Valgrind 可以帮助您：

  • 查找隐藏的内存泄漏
  • 检测无效指针的使用
  • 捕获未初始化的值
  • 编写更安全、更干净、更可靠的C

它是工作流程中必不可少的工具，特别是对于长时间运行的程序、服务器或系统软件。

自己尝试一下 ​

编写一个分配多个块但忘记释放其中一个的程序。

故意使用p[10]在一个malloc(10)堵塞。

触发释放后使用并在 Valgrind 中找到它。

使用--track-origins=yes跟踪未初始化的数据。

重构您的代码，直到 Valgrind 报告：

All heap blocks were freed -- no leaks are possible

接下来，您将探索断言和防御性编程，这些技术可以在逻辑错误达到运行时崩溃之前捕获它们。

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