如何分析一组 C++ 类的内存消耗？

Posted 2023-03-06

【中文标题】如何分析一组 C++ 类的内存消耗？

【英文标题】：How to profile the memory consumption by a set of C++ classes?

【发布时间】：2010-08-27 14:47:36

【问题描述】：

我正在尝试使用 gprof 计算我的 (C++) 程序的内存消耗。该程序没有 gui，它完全基于 cli。

现在，我是 gprof 的新手，所以我阅读了一些教程，它们教会了我如何运行 gprof 并发现时间消耗。

但是，我需要找出一组特定类的内存消耗。 假设有一个程序有多种类型，A, ..., Z。现在我想运行我的程序，看看A, E, I, O, U 类的对象使用了多少累积内存（例如）。

你们有什么想法或指示我可以如何完成这项任务吗？ 我不只考虑 gprof，我对任何可以完成工作的 (fos) 软件持开放态度。

当然，我在 google 和 ***.com 上都搜索过这个问题的任何答案，但是要么我使用了错误的关键字，要么没有人遇到这个问题。

编辑：关于手动执行此操作的建议是显而易见的。当然，我可以将它编码到应用程序中，但它涉及大量我不想更改的类。另外，我想知道总内存消耗，所以我不能只计算所有创建的对象，因为我必须单独跟踪对象的大小。

Edit2：我修改了DeadMG's suggestion，我只需要继承它。它工作得很好，所以，如果有人有类似的问题，试试这个。

class GlobalObjectCounter 
  public: 
    struct ClassInfo 
      unsigned long created;
      unsigned long destroyed;
      unsigned short size;
      ClassInfo() : created(0), destroyed(0), size(0) 
      ClassInfo(unsigned short _size) : created(0), destroyed(0), size(_size) 
      void fmt(std::ostream& os) 
        os << "total: " << (this->created) << " obj = " << (this->created*this->size) << "B; ";
        os << "current: " << (this->created-this->destroyed) << " obj = " << ((this->created-this->destroyed) * this->size) << "B; ";
      
    ;
  protected:
    static std::map<std::string,ClassInfo> classes;
    GlobalObjectCounter() 
  public:
    static void dump(std::ostream& os) 
      for (std::map<std::string,ClassInfo>::iterator i = classes.begin(); i != classes.end(); ++i) 
        os << i->first << ": ";
        i->second.fmt(os);
        os << "\n";
      
    
;

template <class T> class ObjectCounter : public GlobalObjectCounter 
  private:
    static ClassInfo& classInfo() 
      static ClassInfo& classInfo = classes[std::string("") + typeid(T).name()];
      classInfo.size = sizeof(T);
      return classInfo;
    
  public:
    ObjectCounter() 
      classInfo().created++;
    
    ObjectCounter(ObjectCounter const& oc) 
      classInfo().created++;
    
    ObjectCounter& operator=(const ObjectCounter&) 
    ~ObjectCounter() 
      classInfo().destroyed++;
    
;

地图查找有点讨厌，我承认，但我没有勇气为每个类存储迭代器。主要问题是您必须为每个计数类显式初始化它。如果您知道如何更好地做到这一点，请告诉我。

【参考方案1】：

我不知道 gprof 甚至试图处理内存使用问题。显而易见的替代方案是valgrind。如果您只关心总内存使用量，您也可以自己完成这项工作（重载 ::operator new 和 ::operator delete 以跟踪程序请求了多少内存）。当然，可能您有一些通过其他方式获取内存的代码（例如，直接调用类似sbrk 的东西），但这是相当不寻常的。但是，它们不会尝试跟踪静态分配和/或堆栈使用情况。

【讨论】：

感谢您查看 valgrind 的提示。它似乎比 gprof 更关心内存。

【参考方案2】：

微不足道。

template<typename T> class Counter 
    static int count = 0;
    Counter()  count++; 
    Counter(const Counter&)  count++; 
    Counter& operator=(const Counter&) 
    ~Counter()  count--; 
;
class A : Counter<A> 
    static int GetConsumedBytes() 
        return sizeof(A) * count;
    
;

如果 A 的使用涉及动态内存，那么这个解决方案可以改进。您还可以覆盖全局运算符 new/delete。

【讨论】：

只有在没有其他选择的情况下我才会采用这种方法，因为我必须修改源代码。另外我想避免多重继承，因为我们可以有class A: public E。但是感谢您的建议，如果没有其他建议，我可能会在此基础上再接再厉。

静态继承不会被视为与常规继承相同，除此之外，因为没有实际的虚拟方法。

我相信我将不得不接受这样的事情，除非有人有其他想法。但是，我想知道您为什么将GetConsumedBytes 放入A 而不是Counter。这种冗余是目前最让我烦恼的。

A::GetConsumedBytes() 比 Counter::GetConsumedBytes() 短。因为继承是静态的，所以什么都没有关系。

@Puppy 能否请您详细说明动态内存分配很重要时该解决方案的演变？

【参考方案3】：

GlibC 提供有关堆内存分配的统计信息。看看mallinfo。您可能会在执行期间的不同点获得统计数据，并了解正在使用的内存量。

【讨论】：

这告诉我总内存，但不能给我更详细的信息，关于各个类。