批评我的堆调试器

Question

我编写了以下堆调试器，以向初学者演示内存泄漏、双重删除和错误形式的删除（即尝试使用delete p 而不是delete[] p 删除数组）。

我很想从强大的 C++ 程序员那里得到一些反馈，因为我以前从未这样做过，而且我确信我犯了一些愚蠢的错误。谢谢！

#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <new>

namespace
{
    const int ALIGNMENT = 16;
    const char* const ERR = "*** ERROR: ";
    int counter = 0;

    struct heap_debugger
    {
        heap_debugger()
        {
            std::cerr << "*** heap debugger started\n";
        }

        ~heap_debugger()
        {
            std::cerr << "*** heap debugger shutting down\n";
            if (counter > 0)
            {
                std::cerr << ERR << "failed to release memory " << counter << " times\n";
            }
            else if (counter < 0)
            {
                std::cerr << ERR << (-counter) << " double deletes detected\n";
            }
        }
    } instance;

    void* allocate(size_t size, const char* kind_of_memory, size_t token) throw (std::bad_alloc)
    {
        void* raw = malloc(size + ALIGNMENT);
        if (raw == 0) throw std::bad_alloc();

        *static_cast<size_t*>(raw) = token;
        void* payload = static_cast<char*>(raw) + ALIGNMENT;

        ++counter;
        std::cerr << "*** allocated " << kind_of_memory << " at " << payload << " (" << size << " bytes)\n";
        return payload;
    }

    void release(void* payload, const char* kind_of_memory, size_t correct_token, size_t wrong_token) throw ()
    {
        if (payload == 0) return;

        std::cerr << "*** releasing " << kind_of_memory << " at " << payload << '\n';
        --counter;

        void* raw = static_cast<char*>(payload) - ALIGNMENT;
        size_t* token = static_cast<size_t*>(raw);

        if (*token == correct_token)
        {
            *token = 0xDEADBEEF;
            free(raw);
        }
        else if (*token == wrong_token)
        {
            *token = 0x177E6A7;
            std::cerr << ERR << "wrong form of delete\n";
        }
        else
        {
            std::cerr << ERR << "double delete\n";
        }
    }
}

void* operator new(size_t size) throw (std::bad_alloc)
{
    return allocate(size, "non-array memory", 0x5AFE6A8D);
}

void* operator new[](size_t size) throw (std::bad_alloc)
{
    return allocate(size, "    array memory", 0x5AFE6A8E);
}

void operator delete(void* payload) throw ()
{
    release(payload, "non-array memory", 0x5AFE6A8D, 0x5AFE6A8E);
}

void operator delete[](void* payload) throw ()
{
    release(payload, "    array memory", 0x5AFE6A8E, 0x5AFE6A8D);
}

Answer 1

您可以保留一份所有分配的列表，而不是进行侵入式记事。然后您可以在不破坏您自己的数据的情况下释放内存，并跟踪特定地址被“删除”的次数，还可以找到程序尝试删除不匹配地址的位置（即不在列表中）。

Answer 2

解释为什么选择“ALIGNMENT”作为标识符。解释你选择 16 的原因。讨论你的算法如何捕捉最常见的错误，例如溢出堆分配块的末尾或忘记释放内存。

Answer 3

这是一个非常好的开始。当你要求反馈时，这是我的 2 美分：

1. 代码将跟踪信息写入cerr，这确实是为了错误。使用 cout 获取信息日志。
2. 对齐量是任意的。如果代码尝试分配 4090 字节，您将分配 4106，它会溢出到下一个 4k 块，即内存页的大小。计算出的对齐值会更好...或将 ALIGNMENT 重命名为 HEADER_SIZE 或类似名称。
3. 鉴于您正在创建的标头，您可以在分配时存储“内存类型”的大小和标志，并在释放时进行比较。
4. 令牌可能应该被称为“哨兵”或“金丝雀价值”。
5. 为什么 Token 是 size_t？为什么不只是一个 void * ？
6. 您在 release 中对 null 的检查可能会引发异常 - 如果代码删除了一个空指针，这不是错误吗？
7. 您的 'correct_token' 和 'wrong_token' 值太相似了。我必须重新阅读代码才能确定。
8. 鉴于第 (3) 点，您可以将额外分配的数量翻倍，并在哨兵/守卫块之前和之后拥有。这将检测内存不足和溢出。

Answer 4

我没有很好地关注您对硬编码常量/常量字符串的使用 - 将它们放在枚举中？而且我真的不太了解令牌的想法。需要更多的cmets

Answer 5

void* raw = static_cast<char*>(payload) - ALIGNMENT;

如果payload 已经被删除，那不会造成这种未定义的行为吗？