三、 示例
假设我们现在有这样一段程序：hello.c
| #include <stdio.h> #include <malloc.h>
static char *helloWorld = "Hello, World";
main() { char *mystr = malloc(strlen(helloWorld));
strncpy(mystr, helloWorld, 12); printf("%s/n", mystr); } |
很明显，这段程序中有内存上的错误，假设我们疏忽了这些错误，当我们使用Purify进行测试时，我们会发现这段程序中的内存错误在Purify下很容易就被找出来了。首先，我们要做的是使用Purify编译这段程序：
> purify gcc -g -o hello hello.c
Purify 2003.06.00 Solaris 2 (32-bit) Copyright (C) 1992-2002 Rational Software Corp. All rights reserved.
Instrumenting: cckc6pUD.o Linking
记得加上“-g”的选项，不然，purify不能显示源程序。好了，现在在当前目录下产生了可执行文件——hello，在运行hello之前，我们还得注意，执行被Purify编译过的程序，有可能会出现X-Windows，所以请注意设置DISPLAY环境，如果你是在Windows的Telnet客户端下执行，那么你可以在Windows下装一个叫做Exceed的工具软件，它可以方便地把X-Window显示在你的Windows桌面上）
好了，我们现在执行hello程序，就可以看到下面的一个窗口：
我们可以看到Purify的报告中有两个内存错误，一个是ABR（Array Bounds Read）——数组越界读，一个是12个字节的Memory Leaked，展开小三角符号，我们可以看到更为详细报告：
展开ABR错误后，我们可以看到，ABR错误的产生是由printf产生的，而产生错误的内存是mystr。通过观察，我们马上可以发现为会什么会出现ABR错误，原因是C/C++中的字符串都是以“/0”结尾的，而我们分配字符串时，应该要比实际长度多一，以存放结束符，而我们以后面调用的strncpy只拷贝了字符串的有效内容，并没有在字符串最后加上一个结束符。而系统调用printf输出字符串内容直至遇到结束符，所以当其访问到12个长度时，还没有发现结束，于是继续向下访问，于是就出现了ABR错误。
好了，让我们再来看看Memory Leaked的报告信息：
我们可以看到，Purify指出了那块内存出现了内存泄露，泄露了多少个字节。通过Purify的报告，再加上我们对C/C++基础的了解，我们立马知道mystr是在堆上分配的内存，所以必须要我们自己手动释放，查看程序，我们发现我们忘了free ( mystr )。
好了，现在我们可以根据Purify报告修改我们的程序了：
| #include <stdio.h> #include <malloc.h>
static char *helloWorld = "Hello, World";
main() { char *mystr = malloc(strlen(helloWorld)+1);
strncpy(mystr, helloWorld, 12); mystr[12]=”/0”;
printf("%s/n", mystr); free(mystr); } |
现在，我们再用Purify重新编译我们的程序，然后运行，我们可以看到Purify会报告没有任何的内存问题。其实，使用Purify很简单，在后面，我将对Purify的各种常用特性做比较全面的阐述。
四、 内存问题一览
下面是Purify所能检测到的内存信息表：
| 内存信息 |
描述 |
错误等级 |
| ABR |
Array Bounds Read 数组越界读 |
3级 |
| ABW |
Array Bounds Write 数组越界写 |
2级 |
| BSR |
Beyond Stack Read 越栈读 |
3级 |
| BSW |
Beyond Stack Write 越栈写 |
3级 |
| COR |
Core Dump Imminent 非法操作 |
1级 |
| FIU |
File Descriptors In Use 文件描述符被使用 |
4级 |
| FMM |
Freeing Mismatched Memory 释放错误内存 |
2级 |
| FMR |
Free Memory Read 对已释放内存读 |
3级 |
| FMW |
Free Memory Write 对已释放内存写 |
2级 |
| FNH |
Freeing Non Heap Memory 释放非堆内存 |
2级 |
| FUM |
Freeing Unallocated Memory 释放了没有分配的内存 |
2级 |
| IPR |
Invalid Pointer Read 非法指针读 |
1级 |
| IPW |
Invalid Pointer Write 非法指针写 |
1级 |
| MAF |
Malloc Failure 分配内存失败 |
4级 |
| MIU |
Memory In-Use 内存正在使用 |
4级 |
| MLK |
Memory Leak 内存泄露 |
3级 |
| MRE |
Malloc Reentrancy Error remalloc错 |
2级 |
| MSE |
Memory Segment Error 内存段错 |
3级 |
| NPR |
Null Pointer Read 空指针读 |
1级 |
| NPW |
Null Pointer Write 空指针写 |
1级 |
| PAR |
Bad Parameter 错误的参数 |
3级 |
| PLK |
Potential Leak 潜在的内存泄露 |
3级 |
| SBR |
Stack Array Bounds Read 栈数组越界读 |
3级 |
| SBW |
Stack Array Bounds Write 栈数级越界写 |
2级 |
| SIG |
Signal 信号 |
4级 |
| SOF |
Stack Overflow 栈溢出 |
3级 |
| UMC |
Uninitialized Memory Copy 对未初始化的内存进行拷贝 |
3级 |
| UMR |
Uninitialized Memory Read 对未初始化的内存读 |
3级 |
| WPF |
Watchpoint Free 释放被监控的内存 |
4级 |
| WPM |
Watchpoint Malloc 被监控的内存分配 |
4级 |
| WPN |
Watchpoint Entry 被监控的内存 |
4级 |
| WPR |
Watchpoint Read 被监控的内存读 |
4级 |
| WPW |
Watchpoint Write 被监控的内存写 |
4级 |
| WPX |
Watchpoint Exit 退出被监控的内存 |
4级 |
| ZPR |
Zero Page Read 零页面读 |
1级 |
| ZPW |
Zero Page Write 零页面写 |
1级 |
1级：致命错误。 2级：危险错误。 3级：警告信息 4级：提示信息（非错误）
五、 文件描述符问题
在上面的内存问题表中，对于大多数的内存问题来说，相信对于熟悉C/C++的程序员，并不陌生。有一些关于Watchpoint和文件描述符的内容，可能会让你看得比较模糊，对于Watchpoint，我会在后面讲述。这一节，我就一个示例说一说文件描述述问题是如何产生的，并由此介绍一下Purify的一些特性。
先查看下面这段程序：
| #include <stdio.h>
main() { FILE* fp; int num;
fp = fopen("./test.txt", "r"); if ( fp == NULL){ perror("Error:"); exit(-1); }
fscanf(fp, "%d", &num); if ( num < 0 ){ printf("Error: the num should be greater than 0!/n"); exit(-1); }
fclose(fp); } |
在当前目录下建一个test.txt的文件，并设置其内容为-20。使用Purify编译并运行程序：
> purify gcc -g -o testfd testfd.c
Purify 2003.06.00 Solaris 2 (32-bit) Copyright (C) 1992-2002 Rational Software Corp. All rights reserved.
Instrumenting: ccqqF6pY.o Linking
>./testfd
出现以下画面：
由图中，我们可以看到，Purify报告有FIU错误，意思是，我们在程序退出时，没有关闭文件描述符。还有一些算是安全的文件描述符信息，那就是关于0，1，2这三个标准文件描述符的FIU，这些信息是正常的，所以在其前面也就没有小三角符号了。
通过这个例子，我们可以看到，Purify不但可以找到内存的操作错误，还可以找到文件描述符的错误。
如果你不想让Purify显示FIU信息，你可以设置Purify的 -fds-inuse-at-exit=no 选项，如：
> purify –fds-inuse-at-exit gcc -g -o testfd testfd.c
或者使用Purify的API函数 purify_clear_fds_inuse 来阻止显示，你可以在你的程序中调用Purify的API函数。有关Purify的API函数的细节，我会在后面给你讲述。
六、 控制Purify的输出
1、产生ASCII文本文件
在默认情况下，Purify会显示出一个图形窗口来报告信息。当然，如果你的环境所限，你不想Purify出现图形界面，只是生成文本文件来报告，能过设置Purify的参数，你可以很容易做到这一点。
在程序编译时，你只需简单的调置Purify的编译参数 –windows=no 即可做到，如：
> purify –windows=no gcc –g –o hello hello.c
Purify会把其报告信息写到标准错误设备上，在文本方式下，Purify就不报告同种错误出现在个数，而只是报告的信息了。
我们可以使用两种方式让Purify的信息输出到文本文件中。
第一种是使用操作系统的重定向功能，如：
在csh下： % a.out.pure >& a.out.messages
在sh和ksh下： $ a.out.pure 2> a.out.messages
第二种是指定Purify的日志文件参数，如：
-log-file=<filename>.plog
下面，是一个Purify生成的ASCII文本文件的样子：
| > ./hello **** Purify instrumented hello (pid 25698 at Wed Dec 10 22:29:33 2003) * Purify 2003.06.00 Solaris 2 (32-bit) Copyright (C) 1992-2002 Rational Software Corp. All rights reserved. * For contact information type: "purify -help" * Options settings: -follow-child-processes=yes -purify -windows=no / -purify-home=/usr/rational/releases/purify.sol.2003.06.00 / -gcc3_path=/usr/local/bin/gcc / -cache-dir=/usr/rational/releases/purify.sol.2003.06.00/cache / -demangle_program=/usr/local/bin/c++filt * License successfully checked out. * Command-line: ./hello
**** Purify instrumented hello (pid 25698) **** ABR: Array bounds read: * This is occurring while in: strlen [rtlib.o] _doprnt [libc.so.1] printf [libc.so.1] main [hello.c:11] _start [crt1.o] * Reading 13 bytes from 0x8ea08 in the heap (1 byte at 0x8ea14 illegal). * Address 0x8ea08 is at the beginning of a malloc'd block of 12 bytes. * This block was allocated from: malloc [rtlib.o] main [hello.c:8] _start [crt1.o] Hello, World
**** Purify instrumented hello (pid 25698) **** Current file descriptors in use: 5 FIU: file descriptor 0: <stdin> FIU: file descriptor 1: <stdout> FIU: file descriptor 2: <stderr> FIU: file descriptor 26: <reserved for Purify internal use> FIU: file descriptor 27: <reserved for Purify internal use>
**** Purify instrumented hello (pid 25698) **** Purify: Searching for all memory leaks...
Memory leaked: 12 bytes (100%); potentially leaked: 0 bytes (0%)
MLK: 12 bytes leaked at 0x8ea08 * This memory was allocated from: malloc [rtlib.o] main [hello.c:8] _start [crt1.o]
Purify Heap Analysis (combining suppressed and unsuppressed blocks) Blocks Bytes Leaked 1 12 Potentially Leaked 0 0 In-Use 0 0 ---------------------------------------- Total Allocated 1 12
**** Purify instrumented hello (pid 25698) **** * Program exited with status code 13. * 1 access error, 1 total occurrence. * 12 bytes leaked. * 0 bytes potentially leaked. * Basic memory usage (including Purify overhead): 351348 code 101724 data/bss 8192 heap (peak use) 1272 stack * Shared library memory usage (including Purify overhead): 992 libpure_solaris2_init.so.1 (shared code) 280 libpure_solaris2_init.so.1 (private data) 1079516 libc.so.1_pure_p3_c0_111202132_58_32_1158500S (shared code) 31404 libc.so.1_pure_p3_c0_111202132_58_32_1158500S (private data) 2324 libdl.so.1_pure_p3_c0_111202132_58_32_4624S (shared code) 4 libdl.so.1_pure_p3_c0_111202132_58_32_4624S (private data) 14048 libinternal_stubs.so.1 (shared code) 940 libinternal_stubs.so.1 (private data)
|
2、产生Purify自己的文件
通过查看ASCII文本文件，我们发现其很不容易查看，特别是当错误很多时，而用在文件中没有源代码，看起来就是不如图形界面的好。但是我们为了把Purify的报告信息通过电子邮件传送给别人查看时，文件和图形界面兼得，我们可以使用Purify自己的文件，叫Purify View文件。我们可以使用Purify的图形界面打开这个文件，而来在图形化的窗口下查看。
我们可以有两种方式得到这个文件。一种是在Purify的图形界面的菜单中点击“File -> Save as”来生成。第二种方法是使用Purify的 -view-file=<filename>.pv 参数来设置Purify View文件。
而要打开这个文件时，要么简单地在Purify的菜单中选取“Open”菜单，要么使用这样的命令：
% purify –view <filename>.pv
3、自动发送邮件
使用Purify的-mail-to-user参数可以方便地让Purify自动发送报告邮件。如：
% purify -mail-to-user=chris gcc ...
% purify -mail-to-user=chris,pat gcc ...
% purify -mail-to-user=devgrp gcc ...
在默认情况下，只要你设置了这个参数，Purify是不会打开图形界面窗口的，如果你要Purify打开图形窗口，那么你就一同使用 –windows=yes 参数。
4、输出自己的信息
如果你想在Purify中输出自己的信息，你可以在你的程序中使用Purify的API函数：
l purify_printf(const char *fmt, ...) 使用这个函数可以在Purify的图形界面，文件文件中输出你的自己的信息。
l purify_logfile_printf(const char *fmt, ...) 使用这个函数可以在Purify的ASCII文本文件中输出你自己的信息。
l purify_printf_with_call_chain(const char *fmt, ...) 使用这个函数可以在Purify的输出的同时，打印出函数调用栈的信息。这个函数和purify_printf很类似。
注意，以上三个函数和标准C中的printf函数几乎是一样的，不过，这几个函数并不支持像printf函数中的所有%的格式，它仅支持：%d, %u, %n,%s, %c, %e, %f, 和 %g 这几种格式，并且就 %e %f %g 而且，并不支持其精度定义。
十、 设置WatchPoint
你可以在你的程序中，对你所想监控的程序设置一些WatchPoint，以方便于你对程序进行调试，或更容易找出问题的原因。就像我前面说，Purify可以找到你的内存泄露，但其不能找到内存泄露的原因，你可以通过设置WatchPoint来跟踪一块内存，以找到在程序执行过程中该内存的访问情况。
Purify的WatchPoint可以产生下例消息：
l WPR（被WatchPoint的内存读）
l WPW（被WatchPoint的内存写）
l WPM（被WatchPoint的内存分配）
l WPF（被WatchPoint的内存释放）
l WPN（来到被WatchPoint的内存的Scope）
l WPX（离开被WatchPoint的内存的Scope）
一旦你设置好了一个WatchPoint，Purify会自动报告上述这些信息，以告诉你内存的存取情况。很方便你调试程序。
WatchPoint一般是在调试程序时跟踪一块内存时候使用的，你也可以用其跟踪一些系统级的全局变量，如：errno。一旦errno被写了，马上会报告一个WPW消息，展开后，你能看到函数的堆栈情况，以及是在哪个系统调用后出现了错误。这个使用很方便我们找到一些非内存方面的问题。
大家可能会有一种感觉，那就是在一般的调试器中，如GDB中也有WatchPoint的设置（对GDB的使用请参考我的文章《用GDB调试程序》），那么，在调试器中的WatchPoint和Purify的有什么不同？下面是一些GDB中的WatchPoint不足的地方：
1） GDB中的WatchPoint用于单步跟踪中。
2） GDB中的WatchPoint只能在其内存的Scope中，离开了Scope，WatchPoint会被删除。
3） 在GDB中设置一个4字节的内存WatchPoint，会让程序的运行效率下降1000个数量级。
Purify中的WatchPoint有效地克服了这些问题，它在全局范围内监控所有内存的使用，并且，其速度上大大地快于GDB等一系列的调试器。
有两种方式可以让我们设置Purify的WatchPoint，一种是在程序中使用WatchPoint的API函数，一种是直接在调试器中使用（如：GDB），下面我介绍一下这两种用法：
1、 在程序中使用。 写下这段程序：
| #include <errno.h>
main() { int i; printf("Note: errno=0x%x/n", errno); purify_watch(&errno);
errno = 0;
close(1000);
exit(0); } |
用Purify编译： >sudo purify gcc -g -o watch watch.c 运行后，我们可以看到以下画面： 
我们可以看到，Purify成功地监控了errno变量。我们还可以看到被监控的变量改变前和改变后的值。
2、 在GDB中使用。
在GDB中，我们可以简单地使用GDB的print命令来达到设置Purify的WatchPoint目的。这正是Purify的强大之处，其对这种技术称为JIT（Just-In-Time）。
示例：
gdb) print purify_watch(&my_str)
(gdb) print purify_watch_1(&my_char)
(gdb) print purify_watch_n(buf, sizeof(buf), "rw")
(dbx) print purify_watch_n(write_only_buf,100,"w")
下面来让我们看一看Purify的WatchPoint的API函数，其分成三类：
? 设置类 int purify_watch(char *addr) 对所指定的内存进行监视，char* 表示以单字节为单位。 int purify_watch_<num> (char *addr) <num>=1,2,4,8 其中的<num>是一个数字，可以是1，2，4，8表示，监控单字节，双字节，四字节，八字节。函数名为：purify_watch_1()，purify_watch_2()，purify_watch_4()，purify_watch_8。 int purify_watch_n(char *addr, unsigned int size, char *type) (type = “r”, “w” or “rw”) 监控特定长度的内存，type取值为“r”，“w”“rw”，意为监控内存的读还是写。
? 查询类 int purify_watch_info(). 打印目前设置的WatchPoint的情况（一般在GDB类的调试器中使用）。有点像GDB的info watch命令。
? 删除类 Int purify_watch_remove(int watchno) 删除指定的WatchPoint，其watchno为设置WatchPoint的函数的返回值。 int purify_watch_remove_all() 删除所有的WatchPoint。
十一、 使用Purify的参数
Purify的参数很多，具体的参数我就不多说了，还请你参考其使用手册。在这里，我简单地讲一讲其参数的使用规则和方式。
Purify的参数使用的规则如下：
1、 必须以连字符开始，也就是减号。
2、 在等号（=）的两端不能有空格。
3、 忽略参数名和变量的大小写。
4、 其参数中的连接符可以是减号，下划线，或是干脆就没有。如： -leaks-at-exit，-LEAKS_AT_EXIT和 –LeaksAtExit是一回事。
5、 在参数中，如果你要指多个路径，可以用冒号或空格分开。使用空格时请使用引号。如： % purify -user-path=’/usr/home/program /usr/home/program1’ % purify -user-path=/usr/home/program:/usr/home/program1
6、 指写多个邮件用户时，用逗号分隔。千万不要回空格。如： % purify -mail-to-user=chris,pat,kam
7、 可以使用通配符或转义字串。如： program* 和 -log-file=./%v.plog
Purify参数的类型有三种——布尔、字符串和整数，如：
-leaks-at-exit=yes 布尔型
-log-file=./pureout 字符串型
-chain-length=10 整数型
设置参数的方法有三种：
1、 在图形窗口中，通过点击“Options -> Runtime”菜单，在对话框中设置。
2、 通过两个环境变量设置——PURIFYOPTIONS 或 PUREOPTIONS，如： 在csh下： % setenv PURIFYOPTIONS "-log-file=new $PURIFYOPTIONS“ 在sh或ksh下： $ PURIFYOPTIONS="-log-file=new $PURIFYOPTIONS"; export/ PURIFYOPTIONS
3、 在Link程序的命令行中。如： $ purify -cache-dir=$HOME/pcache -always-use-cache-dir $CC ...
十二、 使用Purify的API函数
Purify的函数有许多，我也不在这里一一讲解了，其具体细节还请参考使用手册。我这里只讲一下Purify的API函数的使用方法。总的说来，有以下两种方式我们可以使用Purify的API函数。
1. 在我们的调试器中调用，如： gdb) print purify_describe(addr) (dbx) call purify_what_colors(buf, sizeof(buf)) (xdb) p purify_describe(addr) 注：对于purify_stop_here这个函数，我们可以这样使用。 (gdb) break purify_stop_here (dbx) stop in purify_stop_here (xdb) b purify_stop_here
2. 在自己的程序中调用。要在程序中调用Purify的API函数，我们需要下面两步： 1）加上头文件：#include <purify.h> 2）把LIB文件放到可被搜索到的路径中。主要是一个动态链接库文件libpurify_stubs.so和一个静态链接库文件libpurify_stubs.a
十三、 结束语
Purify是一个很强大的工具，但可惜的是其只能是某几个平台中使用。好像其Windows版中的功能要差很多，我用的Sun的Solaris的版本，很不错，因为我们的程序要在所有的UNIX下跑，用C跨平台，所以，使用Solaris来做测试机。对于其它平台的Purify，我没有用过，不知道和Solaris下的是否一样，还希望有经验的同行给我指点。不管怎么样，我想信IBM的Rational部会把它做得越来越好的。
对于这篇文章，本来打算在9月或者10月写这篇文章的。不过实在没有办法，前些时候太忙了，忙得脑子一堆浆糊，只要拖到现在，现在较好一点，不过脑子也不好用，写作过程中发现脑袋很拙笨。所以写出来的东西一点有错误，特别是我用的是五笔输入法，所以有错字错词会有可能让你看不懂，还请各位见谅。