好久没更新了, 实习做的是 crash 处理和性能提升有关的东西, 底层和 debug 看得比较多, 以后周末有空更一些.
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Xcode 中 scheme 设置里面有一栏 Diagnostics 选项, 方便进行调试, 可以分为代码诊断, 内存管理, 和日志三部分, 从这三个角度分析程序潜在的问题.
代码诊断
代码诊断分为地址诊断, 线程诊断和未定义行为诊断, 可以在[苹果官网][xocde]上查看详细说明.
地址诊断
用于检查内存使用问题, 可以检查以下类型的代码错误:
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使用被释放的内存
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重复释放内存
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释放未申请过的内存
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将栈内存做为函数返回值
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使用离开了作用域的栈内存
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内存越界
其实现原理为重写了 malloc 和 free 的实现, 内存在使用 malloc 申请之前被标记为禁止使用的, malloc 申请内存后, 申请部分的内存标记为可以使用; free 后内存被重新标记为禁止使用. 进行内存访问时, 会先检查内存是否可以使用.
线程诊断
会检查线程上不安全的行为:
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数据争用
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使用未初始化的锁
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线程泄漏
开启线程诊断后, 每次内存调用都会进行线程安全检查. 安全检查会对上述不安全行为进行检查, 比如每个线程都会保存内存访问时的时间戳, 如果对于同一块内存, 多个线程对其访问的时间戳有重叠且其中有写操作, 就判定为数据争用; 使用锁时会先判断其是否已经初始化; 还会检查不使用的线程是否被正确释放掉.
未定义行为诊断
对未定义(不好分类)的行为进行检查, 这些行为的名称不太直观, 所以展开来说明. 不过基本上很少会出现这些问题吧…
- 内存对齐
直接对内存地址进行赋值可能会造成内存不对齐的情况
int_8 *buffer = malloc(64);
int_32 *pointer = (int_32 *)(buffer + 1);
*pointer = 123;
如果内存是32位对齐, 那么 pointer 是从第8位之后写入一个32位数据, 显然内存没有对齐. 推荐的方法是使用 memset 函数, 在编译过程中发现未对齐内存时会生成优化的汇编指令.
- 无效的 boolean 值
使用 int 作为 boolean 进行判断时, 非零的值代表 true, 但编译器可能会对 boolean 进行优化, 只判断它的最后一位是否为0, 造成了逻辑错误.
- 数组越界
语义上的数组越界检查, 和上面的广义的, 本质上的内存越界检查是有区别的.
- 无效的枚举值
使用 int 来表示 enum 使, int 可能会取到 enum 没有定义的值.
- 跳转到控制流之外
比如 switch 语句中的所有 case 都没有命中
- 动态类型错误
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struct Animal {
virtual const char *speak() = 0;
};
struct Cat: public Animal {
const char *speak() {
return "nya";
}
};
struct Dog: public Animal {
const char *speak() {
return "woof";
}
};
auto *dog = reinterpret_cast<Dog *>(new Cat);
dog->speak();
reinterpret_cast 进行了无关类型之间的类型转换, 上面这种不正当地使用多态可能会引起难以预测的行为.
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浮点数溢出
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0作除数
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nonnull 相关的检查
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空指针引用和调用
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不正确的对象大小
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struct Base {
int pad;
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struct Derived: Base {
int pad2;
};
Derived *getDerived() {
return static_cast<Derived *>(new Base);
}
还是多态使用的问题, getDerived 返回的指针指向的内存比 Derived 类型所占的内存要小, 当调用 getDerived()->pad2 时会发生错误.
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左移溢出
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整型溢出
上述问题并不都会发生错误, 开启了未定义行为诊断后使得代码检查变得更为严格.
地址诊断, 线程诊断, 未定义行为诊断都会在编译阶段增加了额外的代码和检查, 所以勾选后要重新编译.
主线程检查
会检查 AppKit, UIKit 和其他与 UI 有关的操作是否都在主线程进行, 检查是在 runtime 中进行的, 不需要重新编译, 而且性能损耗较少, 默认是开启的.
内存管理
malloc 填充
已申请的内存填充为 0xAA, 未申请和释放掉的内存填充为 0x55
malloc 保护页
在申请的大块内存前后会加上保护页, 防止内存越界
malloc 保护
进行越界的内存读写时, 会直接触发 crash
僵尸对象
开启后释放掉的内存只会被标记为僵尸对象, 不会被系统回收, 程序调用被释放的内存时会发生 crash, 打印错误日志.
开启了 malloc 保护页和僵尸对象后, 内存占用会上升, 与实际程序占用内存不符, 所以这勾选这两个选项后, 调试界面的内存占用将不会显示内存占用情况.
日志
malloc 调用栈
会记录每一次 malloc 时的函数调用, Debug Memory Tool 使用.
启用后, 调试时点击 Debug Memory Tool 后, 右侧可以查看内存 malloc 时的调用栈信息. 除此之外, 使用模拟器调试时, 可以使用命令行工具(不是 lldb 中)malloc_history 查看对应 pid(可以在 xcode log 中找到), 来查看 malloc 调用栈日志.
动态链接器 API 调用
开启后可以在 xocde 中输出动态链接器 API 的调用日志
动态链接器库加载
开启后可以在 xocde 中输出 dyld 加载动态链接库的日志