MCU-Malloc-Tracker 给每次 malloc 记账，崩溃后还能导出堆快照查泄漏
声明： MCU-Malloc-Tracker 是一个开源项目，作者为 Vanderhell（项目仓库）。本文是阅读该项目源码和文档后整理的学习笔记，用于理解 MCU 堆内存追踪的工程实现方式。本文作者不是该项目的开发者，未参与该项目的任何代码贡献。 文中所有工程细节均来自对开源代码的分析，不代表本文作者的设计决策。
项目仓库：github.com/Vanderhell/MCU-Malloc-Tracker（面向裸机 MCU 的 malloc/free 追踪库，查泄漏、找分配热点、导出崩溃快照）
malloc 是从堆里动态申请内存的标准接口，配套的 free 负责归还。MCU 上的动态内存很有限，用错一点，问题要跑几天才暴露。
场景：设备随机崩溃，泄漏查不到
最常见的故障链条：某模块反复 malloc 却忘记 free，堆被悄悄吃光，之后某次分配失败，或者写穿边界，系统随机复位。排查的难点在现场留不住：设备不能随便接仿真器，故障后自动复位，等连上调试器时堆的状态已经没了。
这个库的思路是平时就把堆的账记下来：谁在哪个文件第几行分配了多大一块，分配顺序如何。出了事翻账本，泄漏点、分配热点、崩溃时的堆现场全部可查。
拦截：宏替换把 malloc 换成记账版
要拦下每一次 malloc，用的是 C 预处理器宏替换：
#define malloc(x) mt_malloc((x), __FILE__, __LINE__)代码里的 malloc(256) 在编译期变成 mt_malloc(256, "driver.c", 42)，文件路径和行号由编译器自动填好，业务代码一行不用改。库内部先调真实分配器拿到指针，再写一条记录。
宏拦截最怕递归：mt_malloc 内部调用真实 malloc，真实分配器若再触发宏展开，就会无限嵌套。库用一个 g_inside 标志做递归保护，进入追踪逻辑时置位，置位状态下直接放行到真实分配器。
账本：静态哈希表记下每次分配
记账表是一张静态数组，容量编译期固定（默认 512 项，必须是 2 的幂）。定位槽位用指针哈希：idx = hash(ptr) & (N-1)。用位与代替取模，MCU 上省掉除法开销，分配和释放都是平均 O(1)。每条记录包含指针、大小、文件哈希、行号、序号五样信息。
释放时不能把记录直接清空。哈希表靠连续探测找槽位，清空会打断探测链，后面的分配可能找不到。库把释放的槽位标记成墓碑（tombstone）：查找时跳过，下次插入优先复用，代价是探测距离缓慢变长。表满时采用丢记录策略，真实分配照常成功，只是不记账，损失由 table_drops 计数如实暴露。
快照：确定性二进制带回 PC 解码
MCU 上通常没有可靠时钟，库不用时间戳，改用单调递增的序号记录分配顺序。同一段分配序列必然产生同一个内部状态，快照逐字节可复现，方便对比和回归验证。
mt_snapshot_write() 把当前所有存活记录导出成 MTS1 二进制：36 字节头加每条 24 字节记录，记录按指针升序排序，CRC32/IEEE 覆盖整份数据。文件名不存字符串，存 FNV1a-32 哈希，快照体积小、跨编译稳定；PC 端解码时用 --filemap 把哈希映射回源码路径。仓库自带的 demo 在本地编译运行后，解码器输出的 CRC 校验通过。
三条设计底线：确定性、零 malloc、诚实
| 底线 | 落实方式 |
|---|---|
| 确定性 | 序号代替时间戳，同一序列得到同一快照 |
| 零 malloc | 全部静态表，追踪器自身从不申请内存 |
| 诚实 | 算不出的指标标 N/A，不编造数字 |
三条底线互相支撑：追踪器不申请内存，才有固定可预测的开销，能在任何 MCU 上稳定跑；状态完全确定，快照才可比对。碎片率是最典型的诚实案例：没有平台堆遍历钩子时，库直接报告 N/A；想要真实值，自己实现两个平台钩子即可，库只负责展示。
适用边界
- 活跃分配数超过表容量时丢记录，默认 512 项，table_drops 可查。
- ISR 里调用 malloc 时，需要自己定义 MT_LOCK / MT_UNLOCK（例如关中断）。
- FILE 路径跨编译不稳定时，用 -fmacro-prefix-map 固定前缀，保证文件哈希能映射回源码。