valgrind检测内存问题的原理
1、valgrind检测原理
valgrind 是一个提供了一些 debug 和优化的工具的工具箱，可以使得你的程序减少内存泄漏或者错误访问。valgrind 默认使用 memcheck 去检查内存问题。memcheck 检测内存问题的原理如下图所示：
memcheck 能够检测出内存问题，关键在于其建立了两个全局表。
valid-value map：对于进程的整个地址空间中的每一个字节(byte)，都有与之对应的 8 个 bits；对于 cpu 的每个寄存器，也有一个与之对应的 bit 向量。这些 bits 负责记录该字节或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。
valid-address map：对于进程整个地址空间中的每一个字节(byte)，还有与之对应的 1 个 bit，负责记录该地址是否能够被读写。在两个全局表的基础上，以如下方式进行检测：
当要读写内存中某个字节时，首先检查 valid-address map 中这个字节对应的 a bit。
如果该a bit显示该位置是无效位置，memcheck 则报告读写错误。内核（core）类似于一个虚拟的 cpu 环境，这样当内存中的某个字节被加载到真实的 cpu 中时，该字节对应的 v bit (在 valid-value map 中) 也被加载到虚拟的 cpu 环境中。一旦寄存器中的值，被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序输出，则 memcheck 会检查对应的 v bits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。
不过valgrind也不是万能的，对于栈上的内存空间操作就无法检测到。
2、命令选项
基本命令：valgrind --leak-check=yes ./a.out arg1 arg2
为了能够定位到源代码的行，建议编译时加上-g选项，并选择o0优化
3、使用示例
示例代码：
#include int main(){ int* x = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); x[10] = 1; //问题1，越界了 return 0; //问题2，没有释放内存}
执行valgrind检测后的结果：
barret@barret-pc:~$ valgrind --leak-check=yes ./a.out==393== memcheck, a memory error detector==393== copyright (c) 2002-2017, and gnu gpl'd, by julian seward et al.==393== using valgrind-3.15.0 and libvex; rerun with -h for copyright info==393== command: ./a.out==393== ==393== invalid write of size 4==393== at 0x10916b: main (a.cpp:6)==393== address 0x4a47068 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd==393== at 0x483b7f3: malloc (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)==393== by 0x10915e: main (a.cpp:5)==393== ==393== ==393== heap summary:==393== in use at exit: 40 bytes in 1 blocks==393== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated==393== ==393== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1==393== at 0x483b7f3: malloc (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)==393== by 0x10915e: main (a.cpp:5)==393== ==393== leak summary:==393== definitely lost: 40 bytes in 1 blocks==393== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks==393== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks==393== still reachable: 0 bytes in 0 blocks==393== suppressed: 0 bytes in 0 blocks==393== ==393== for lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s==393== error summary: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)
结果解析如下：
==393==：执行程序的进程id
invalid write of size 4：表示发现一个错误，这里显示源代码第6行有错误，这里很明显是越界了，所以显示invalid write错误
40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1：内存泄露错误，泄漏的大小是10* sizeof(int)40byte。
leak summary也会显示内存泄漏的情况
4、分析常见内存问题
4.1、写入非法内存地址
上面的例子已经展示了这种情况，访问分配的内存区域之外的空间，valgrind会上报如下的错误：
invalid
write of size x
后跟调用栈信息
4.2、读取非法内存地址
和上一个情况类似，不同 的是读取而不是写入，错误信息如下：
invalid
read of size x
后跟调用栈信息
4.3、读取未初始化内存区域
#include int main(){ int* x = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); int a = x[1] + 1; //不初始化就使用内存的值 free(x); return a;}
valgrind显示如下错误：
==427== syscall param exit_group(status)** contains uninitialised byte(s)**==427== at 0x4938136: exit (exit.c:31)==427== by 0x489bb41: __run_exit_handlers (exit.c:132)==427== by 0x489bbdf: exit (exit.c:139)==427== by 0x48790b9: (below main) (libc-start.c:342)
4.4、内存双重释放
示例:
#include int main(){ int* x = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); free(x); //free两次 free(x); return 0;}
valgrind显示如下错误，显示两次free的位置：
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memcheck 能够检测出内存问题，关键在于其建立了两个全局表。
valid-value map：对于进程的整个地址空间中的每一个字节(byte)，都有与之对应的 8 个 bits；对于 cpu 的每个寄存器，也有一个与之对应的 bit 向量。这些 bits 负责记录该字节或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。
valid-address map：对于进程整个地址空间中的每一个字节(byte)，还有与之对应的 1 个 bit，负责记录该地址是否能够被读写。在两个全局表的基础上，以如下方式进行检测：
当要读写内存中某个字节时，首先检查 valid-address map 中这个字节对应的 a bit。
如果该a bit显示该位置是无效位置，memcheck 则报告读写错误。内核（core）类似于一个虚拟的 cpu 环境，这样当内存中的某个字节被加载到真实的 cpu 中时，该字节对应的 v bit (在 valid-value map 中) 也被加载到虚拟的 cpu 环境中。一旦寄存器中的值，被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序输出，则 memcheck 会检查对应的 v bits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。
不过valgrind也不是万能的，对于栈上的内存空间操作就无法检测到。
2、命令选项
基本命令：valgrind --leak-check=yes ./a.out arg1 arg2
为了能够定位到源代码的行，建议编译时加上-g选项，并选择o0优化
3、使用示例
示例代码：
#include int main(){ int* x = (int*)malloc(10 * sizeof(int)); x[10] = 1; //问题1，越界了 return 0; //问题2，没有释放内存}
执行valgrind检测后的结果：
barret@barret-pc:~$ valgrind --leak-check=yes ./a.out==393== memcheck, a memory error detector==393== copyright (c) 2002-2017, and gnu gpl'd, by julian seward et al.==393== using valgrind-3.15.0 and libvex; rerun with -h for copyright info==393== command: ./a.out==393== ==393== invalid write of size 4==393== at 0x10916b: main (a.cpp:6)==393== address 0x4a47068 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd==393== at 0x483b7f3: malloc (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)==393== by 0x10915e: main (a.cpp:5)==393== ==393== ==393== heap summary:==393== in use at exit: 40 bytes in 1 blocks==393== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated==393== ==393== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1==393== at 0x483b7f3: malloc (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)==393== by 0x10915e: main (a.cpp:5)==393== ==393== leak summary:==393== definitely lost: 40 bytes in 1 blocks==393== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks==393== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks==393== still reachable: 0 bytes in 0 blocks==393== suppressed: 0 bytes in 0 blocks==393== ==393== for lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s==393== error summary: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)
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invalid
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