C++内存优化

内存统计

在对内存优化之前，需要先确定程序每个模块的内存分配。程序的性能有perf、gprof等分析工具，但内存没有较好的分析工具，因此需要自行统计。在linux下/proc/self/statm有当前进程的内存占用情况，共有七项：指标vsize虚拟内存页数、resident物理内存页数、share 共享内存页数、text 代码段内存页数，lib 引用库内存页数、data_stack 数据/堆栈段内存页数、dt 脏页数，七项指标的数字是内存的页数，因此需要乘以getpagesize()转换为byte。在每个模块结束后统计vsize的增加，即可知该模块占用的内存大小。

在面向对象开发中，内存的消耗由对象的消耗组成，因此需要统计每个类的成员变量的占用内存大小。使用CLion或者visual studio都可以导出类中定义的所有成员变量，然后在gdb使用命令：p ((unsigned long)(&((ClassName*)0)->MemberName))，即可打印出类ClassName的成员变量MemberName相对类基地址的偏移，根据偏移从小146到大排序后，变量的顺序即为定义的顺序，根据偏移相减即可得出每个成员变量大小，然后优化占用内存大的成员变量。

内存泄露

内存泄露是指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放或无法释放，导致内存一直增长。虽然有valgrind等工具可以检查内存泄露，但valgrind虚拟出一个CPU环境，在该环境上运行，会导致内存增大、效率降低，对于大规模程序，基本无法在valgrind上运行。因此需要自行检查内存泄露，glibc提供的内存管理器的钩子函数可以监控内存的分配、释放。如图2.2.2、2.2.3所示，分别为钩子函数的分配内存和释放内存。因为服务器启动时需要预先分配很多内存，比如内存池，这些内存是在服务器停止时才释放，因此为了避免这些内存的干扰，在服务器启动之后才能开始内存泄露的统计。

首先申请固定大小的vec_stack，记录所有分配的内存，如果有释放，则从vec_stack中删除，最后vec_stack中的元素即为泄露的内存，vec_stack必须为固定大小，否则vector扩容中会有内存分配，也不可以用map，map的红黑树旋转也会有内存分配，会造成干扰；然后通过图2.2.1所示的my_back_hook记录原有的malloc、free；并通过图2.2.2所示的my_init_hook将malloc、free换成自定义的钩子函数。

每次分配内存时，都会进入自定义钩子函数my_malloc_hook中，如图2.2.2所示。在my_malloc_hook中首先通过my_recover_hook将malloc恢复成默认的，否则会造成死递归，然后通过默认的malloc分配大小为size的空间，为了分线程统计内存泄露，还需要对线程号做判断，在stTrace.m_pAttr记录内存分配的地址，m_nSize记录大小，m_szCallTrace记录调用栈，如果vec_stack已满，需要根据m_nSize从大到小排序，如果当前分配内存大于vec_stack记录的 最 小 的 分 配 内 存 ， 则 替 换 ； 如 果 未 满 ， 则 直 接 加 入vec_stack，在my_malloc_hook结束时，将malloc替换成自定义的malloc。

每次释放内存时，都会进入自定义钩子函数my_malloc_free中，如图2.2.3所示。在my_malloc_free中首先通过my_recover_hook将free恢复成默认的，否则会造成死递归，对线程号判断，然后在vec_stack中删除对应的分配，并将free替换成自定义free。

内存泄露检测

通过重载new和delete操作符可以检测内存泄露问题

void* operator new(size_t size, const char* file, int line);
void* operator new[](size_t size, const char* file, int line);
#define new DEBUG_NEW
#define DEBUG_NEW new(__FILE__, __LINE__)

参考：
一个跨平台的 C++ 内存泄漏检测器