valgrind内存检测原理、使用和报错的含义

valgrind包含重量级的内存检查器memcheck。用于检查C和C++代码。能够发现：使用未初始化的内存，内存访问越界，内存泄露，使用已经释放了的内存等。使用memcheck会导致10%到30%的性能损失。

Memcheck侦听（intercept）分配和释放内存的函数调用，从而感知程序的内存使用情况。分配内存的函数有malloc、calloc、realloc、valloc、memalign、new，释放内存的函数有free和delete。

虽然memcheck不能检测出所有的内存错误。比如栈上静态分配内存的数组，访问越界时检测不到。但是它可以发现很多会导致程序崩溃的错误，比如segmentation fault。

使用方法：

编译程序时建议使用-g选项，这样才可以在错误消息中可以看到代码行号。

Valgrind调用方法：

valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog-options]

例如

valgrind --leak-check=full ./heap_overrun

选项--show-leak-kinds= [default: definite,possible]：full leak search时指定显示哪些泄露的类型。例如：--show-leak-kinds=definite，则只显示definite。--show-leak-kinds=all，则显示所有类型。

Memcheck报错含义：

1、Illegal read / Illegal write errors：比如读写还没有分配的内存块、读写已经被free的内存块、内存访问越界（包括超出堆中内存块的范围、访问了栈中不能访问的区域）。使用选项--read-var-info，虽然Memcheck会运行的更慢，但是可以给出更详细的信息。

2、Use of uninitialised values：使用未初始化的值，也就是说值不确定。有两种未初始化的成因：函数中的局部变量没有被初始化；堆上的内存块，在使用之前没有被初始化。如果想知道成因，使用选项--track-origins=yes。这虽然导致memcheck速度更慢，但是可以让定位出根本原因变得容易。

3、Use of uninitialised or unaddressable values in system calls。系统调用中参数是否已经初始化；如果要读程序提供的buffer，会检查buffer是否addressable、并且初始化了的；如果要写程序提供的buffer，会检查buffer是否addressable。后两点简单来说就是检查程序提供的buffer是否可用。

4、Illegal frees：重复释放内存块，或者指针没有指向内存的起始位置。

5、When a heap block is freed with an inappropriate deallocation function：C++专用报错，释放内存的函数没有和分配内存的函数相对应。下面是C++的内存分配和释放函数的配对要求：

1.如果使用malloc、calloc、realloc、valloc或者memalign分配内存，则只能使用free来释放内存。

2.如果使用new来分配内存，则只能使用delete来释放内存。

3.如果使用new[]分配内存，则只能使用delete[]来释放内存。

6、Overlapping source and destination blocks：用于检查memcpy、strcpy、strncpy、strcat、strncat的源和目的内存块是否有重叠。如果这些函数的source block和destination block有重叠，结果可能不正确。

7、Fishy argument values：需要的内存大小是负数或者大的离谱的正数。

8、Memory leak detection内存泄露报错：

Definitely lost：确定的内存泄露，程序已经无法访问这块内存了。它只是指出哪里分配的内存没有被释放，但是这个内存需要在哪里释放，要理解了程序才能知道。一块内存可能在很多执行路径中被使用，代码中，释放的位置可能有多处，任何一处没有释放都会导致泄露。所以修复bug可能并不容易。

Possibly lost：可能的内存泄露，仍然存在某个指针能够访问这块内存，但该指针指向的已经不是该内存块的起始位置。如果程序还能够找到内存块的起始位置，比如记录了当前指针相对于起始位置的偏移量，那么内存就还可以被释放。但是程序是否能够找到内存的起始位置，valgrind感知不到，这需要理解了程序的逻辑才能清楚。

Indirectly lost: 指向该内存的指针都位于已经泄露的内存中。

Still reachable：内存仍然可达。但是到程序结束时仍然没有释放。如果程序继续运行，也有可能会释放。缺省不报告。除非--show-reachable=yes。