Release库与Debug库混用导致释放堆内存时产生异常的详细分析

Posted 2023-01-02 dvlinker

目录

1、问题描述

2、使用Windbg启动Debug版本的exe程序进行分析

3、进一步分析

4、问题复盘

5、为什么Debug库与Release库混用可能会出异常？

6、最后

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1、问题描述

       我们的软件产品相对比较复杂，从上到下包含了上百个模块，新人需要搭建Debug编译及调试运行环境。手动将底层模块的.lib库（编译时使用）和.dll库（运行时要加载）拷贝到项目代码目录中，然后编译主工程所依赖的多个工程，最后将exe主工程程序给运行起来。结果用Visual Studio刚将主工程启动起来就遇到了崩溃，弹出了如下的崩溃提示框：

       这是个Debug断言错误，是在调用_CtrlsValidHeapPointer系统函数时产生的断言，估计是在对某个堆内存执行操作时产生了异常。于是切换到call stack页面，查看到如下的函数调用堆栈：
从调用堆栈得知，在delete释放堆内存时产生了异常，但VS中显示的堆栈中只能看到模块名，看不到具体的函数。

       最开始我们没想到是Release版本库与Debug版本库混用导致的，只能一步一步向后分析。

2、使用Windbg启动Debug版本的exe程序进行分析

       既然VS中看不到有效的函数堆栈，于是想到使用Windbg去分析一下。因为程序在启动时就崩溃了，所以需要使用Windbg去启动目标exe程序。在Windbg中点击菜单栏中的File -> Open Executable...，弹出打开exe文件的提示框：

找到要启动的目标进程的路径，打开之即可。

       启动后，Windbg捕获到了异常，中断了下来，于是使用kn命令查看此时的函数调用堆栈。从堆栈中可以看到异常是mtpbstructdll.dll的某个函数触发的，于是使用lm vm xxpbstructdll*命令查看该库的时间戳，如下：

通过该二进制的时间戳得知，该库是2022年11月28日12点08分17秒生成的，于是通过该时间点到版本服务器上找到对应时间点的pdb文件，然后将pdb文件的路径设置到Windbg中，然后重新输入kn命令才看加载pdb文件后的详细的函数调用堆栈，如下所示：

调用堆栈中显示了详细的函数名和行号，其中从第9帧中显示的信息：

09 004eaa44 5c6c5158 xxpbstructdll!google::protobuf::RepeatedPtrField<mt::TMTSingleSysPathPrefix>::~RepeatedPtrField<mt::TMTSingleSysPathPrefix>+0x54 [k:\\cbb\\xxcomponent\\git\\xxcomponent_soft\\10-common\\include\\thirdparty\\google\\protobuf\\repeated_field.h @ 1020] 

可以看出是在RepeatedPtrField类析构时触发了delete去释放堆内存，最终导致了异常。这个RepeatedPtrField类位于thirdparty\\google\\protobuf\\repeated_field.h头文件的1020行，估计RepeatedPtrField类是模板类，其实现是放在头文件中的。

       xxpbstructdll库中定义了很多protobuf结构体，并实现C++结构体与protobuf结构体的转换，主要是通过protobuf可以将C++结构体中的数据进行序列化。这个mtpbstructdll.dll库好久都没改动了，如果有问题，早就应该暴露出来了。并且Release版本的安装包安装后是可以正常运行的，这就奇怪了。

3、进一步分析

       于是沿着函数调用堆栈继续向上看，是调用组件的XXX_SetSysWorkPathPrefix函数触发上述问题的，调用该函数的上下文代码是用来初始化底层库的，并且XXX_SetSysWorkPathPrefix是调用底层库的第一个接口！第一个接口就报错了，说明还是库有问题啊！

       听维护xxpbstructdll.dll库的同事说，mtpbstructdll.dll库还依赖了protobuf.dll开源库。新人搭建的是Debug下的运行环境，难道是Release库与Debug库混用导致好的？于是问新人，protobuf.dll库是从哪里拷贝过来的，他说在他的系统中直接搜索protobuf.dll文件，是从一个Release路径下拷贝过来的，这就对了，Release版本的protobuf与Debug库混用了，肯定是混用引发的问题。于是让其从某个Debug目录中拷贝一个protobuf.dll文件过来，然后运行就没问题了。

4、问题复盘

       为啥protobuf.dll库会出现这样的问题，而其他dll库没有这样的问题呢？是因为这个protobuf.dll库有点特殊，只给我们代码流发布了release版本的库，没发布debug版本的库，所以在Debug下启动运行时报如下的错误：

提示程序启动时找不到protobuf.dll库，于是同事使用Everything工具在机器上搜索了一下protobuf.dll库，于是就找到了上面说到的一个release版本的protobuf.dll库，拷贝到Debug目录中，所以就出现了release库与debug库混用的场景，导致本例中异常的发生。

5、为什么Debug库与Release库混用可能会出异常？

       至此，可以确定是Release版本的protobuf.dll与其他Debug版本库混用导致的。那为什么Debug库与Release库混用可能会出异常呢？因为Debug版本与Release版本的内存管理机制是不太一样的，Debug下编译器会给程序申请的内存多分配一些额外的内存，用来存放一些调试信息和桩信息，而在Release下是不会额外分配内存的，所以在释放堆内存时也要对应起来的，Debug下申请的堆内存要用Debug下的函数去释放，用Release下的函数去释放则会有问题。

        比如在Debug版本库中申请的堆内存，到Release库中去释放；Release版本库中申请的堆内存，到Debug版本库中去释放，都会出现内存释放异常问题。所以，一般情况下我们是严禁Release版本库与Debug版本库混用的，如果混用，可能会带来一些莫名其妙的内存问题。

6、最后

       本文讲述了一个因为Release库与Debug库混用导致内存释放时的异常崩溃问题，这是一个很有隐蔽性的错误，本文详细进行了相关的阐述，以给大家提供借鉴和参考。