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Valgrind——内存调试和性能分析工具

news 来源：原创 2025/8/24 0:18:39

文章目录

一、Valgrind 介绍
二、Valgrind 功能和使用
- 1. 主要功能
- 2. 基本用法
- - 2.1 常用选项
  - 2.2 内存泄漏检测
  - 2.3 详细报告
  - 2.4 性能分析
  - 2.5 多线程错误检测
三、在 Ubuntu 上安装 Valgrind
四、示例
- 1. 检测内存泄漏
- 2. 使用未初始化的内存
- 3. 内存读写越界
- 4. 综合错误
五、工具集
- 1. Memcheck
- 2. Callgrind
- 3. Cachegrind
- 4. Helgrind
- 5. Massif

一、Valgrind 介绍

Valgrind是一套开放源代码（GPL V2）的仿真调试工具集合，由内核（core）以及基于内核的其他调试工具组成。内核类似于一个框架（framework），模拟了一个CPU环境，并提供服务给其他工具；而其他工具则类似于插件（plug-in），利用内核提供的服务完成各种特定的内存调试任务。

Valgrind 是一个强大的内存调试和性能分析工具，广泛用于 Linux 系统上的程序开发和测试。它可以帮助开发者检测内存泄漏、数组越界、未初始化变量等问题，并提供详细的报告。Valgrind 支持多种编程语言，尤其是 C 和 C++。

Valgrind可以帮助开发者检测和修复程序中的内存问题和性能瓶颈。通过合理使用 Valgrind 的各种工具和选项，可以显著提高程序的质量和性能。

二、Valgrind 功能和使用

1. 主要功能

valgrind 主要功能包括：

内存泄漏检测：检测程序中未释放的内存分配。
数组越界检测：检测数组访问越界的情况。
未初始化变量检测：检测使用未初始化的变量。
多线程错误检测：检测线程同步问题，如数据竞争。
性能分析：提供详细的性能分析报告，帮助优化程序。

2. 基本用法

Valgrind 的基本用法是：

valgrind [valgrind-options] ./your-program [program-options]

其中，[valgrind-options]表示Valgrind的选项。

2.1 常用选项

–tool=tool_name：指定要使用的Valgrind工具，如Memcheck、Callgrind等。
–leak-check=full：在程序退出时检查内存泄漏，并显示所有的内存泄漏信息。
–track-origins=yes：跟踪未初始化变量的来源。
–log-file=<文件>：将Valgrind输出的信息保存至文件中。

2.2 内存泄漏检测

valgrind --leak-check=yes ./your-program

2.3 详细报告

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all ./your-program

2.4 性能分析

valgrind --tool=callgrind ./your-program

2.5 多线程错误检测

valgrind --tool=helgrind ./your-program

三、在 Ubuntu 上安装 Valgrind

打开虚拟机，执行以下命令安装 valgrind：

sudo apt-get install valgrind

在这里插入图片描述

四、示例

1. 检测内存泄漏

内存泄漏源码示例：
memleak.c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{char *ptr;ptr = (char *)malloc(10);return 0;
}

编译程序，然后用valgrind检测，可以知道在程序退出时还有多少内存没释放。

gcc -g -o memleak memleak.c
valgrind --tool=memcheck ./memleak

在这里插入图片描述

可以看到，如果我们仅仅用默认方式执行，valgrind只报告内存泄漏，但没有显示具体代码中泄漏的地方。

因此我们需要使用 “–leak-check=full”选项启动 valgrind，我们再执行一次：

valgrind --leak-check=full ./memleak

在这里插入图片描述
和上次的执行结果基本相同，只是指明了代码中出现泄漏的具体位置。

2. 使用未初始化的内存

代码示例：

#include <stdio.h>                                                              
int main()
{int x;if(x == 0){printf("X is zero");}return 0;
}

编译程序，然后用valgrind检测：

gcc -g -o test test.c
valgrind --tool=memcheck  ./test

在这里插入图片描述

3. 内存读写越界

代码示例：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{int len=5;int i;int *pt=(int*)malloc(len*sizeof(int));int *p=pt;for(i = 0; i < len; i++){p++;}*p=5;printf("%d",*p);return 0;
}

在 for 循环中，p 是一个指向动态分配数组的指针。每次循环，p 都会递增。循环结束后，p 指向了动态分配数组的最后一个元素的下一个位置。此时，p 已经越界，指向了不属于分配内存的区域。
所以试图通过 p 解引用并赋值，但由于 p 已经越界，这会导致未定义行为（Undefined Behavior, UB）。程序可能会崩溃，或者导致其他不可预测的行为。

编译程序，然后用valgrind检测：

gcc -g -o test test.c
valgrind --tool=memcheck  ./test

在这里插入图片描述

4. 综合错误

代码示例：包括堆中的内存越界、踩内存、栈中的内存越界、非法指针。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{char *ptr = malloc(10);ptr[12] = 'a'; // 内存越界memcpy(ptr + 1, ptr, 5); // 踩内存char a[10];a[12] = 'i'; // 数组越界free(ptr); // 重复释放free(ptr);char *p1;*p1 = '1'; // 非法指针return 0;
}

编译程序，然后用valgrind检测：

gcc -g -o test test.c
valgrind --tool=memcheck  ./test

在这里插入图片描述

五、工具集

Valgrind工具集中包含了多个实用的工具，每个工具都有其特定的功能。

1. Memcheck

内存错误检测器，能够发现开发中绝大多数内存错误使用情况，比如使用未初始化的内存、使用已经释放了的内存、内存访问越界等。它还可以分析热点函数和函数调用流程，帮助优化程序性能。

2. Callgrind

用于分析程序的函数调用关系，收集程序运行时的一些数据，建立函数调用关系图。它还可以有选择地进行cache模拟，并在运行结束时将分析数据写入一个文件。

3. Cachegrind

分析程序的缓存使用情况和缓存命中率，通过模拟处理器缓存的访问情况来统计程序的缓存行使用情况、缓存命中率和缓存失效次数等信息。

4. Helgrind

线程错误检测器，用于检查多线程程序中出现的竞争问题。它寻找内存中被多个线程访问而又没有一贯加锁的区域，这些区域往往是线程之间失去同步的地方，容易导致难以发现的错误。

5. Massif

堆栈分析器，主要用来检查程序中堆栈使用中出现的问题。它能测量程序在堆栈中使用了多少内存，帮助开发者了解块寿命、块利用率和布局效率低下的问题。

此外，Valgrind还提供了其他工具，如DHAT（用于检测堆内存分配和使用情况）等，以满足不同开发者的需求。

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一、Valgrind 介绍

二、Valgrind 功能和使用

1. 主要功能

2. 基本用法

2.1 常用选项

2.2 内存泄漏检测

2.3 详细报告

2.4 性能分析

2.5 多线程错误检测

三、在 Ubuntu 上安装 Valgrind

四、示例

1. 检测内存泄漏

2. 使用未初始化的内存

3. 内存读写越界

4. 综合错误

五、工具集

1. Memcheck

2. Callgrind

3. Cachegrind

4. Helgrind

5. Massif

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