C 的智能指针/安全内存管理？

Question

我，以及我认为许多其他人，使用智能指针来包装 C++ 中的不安全内存操作（使用 RAII 等）取得了巨大成功。 然而，当您有析构函数、类、运算符重载等时，包装内存管理更容易实现。

对于用原始 C99 编写的人，您可以指出哪里（没有双关语）来帮助安全内存管理？

谢谢。

Answer 1

这个问题有点老了，但我想我会花时间链接到我的 智能指针库 适用于 GNU 编译器（GCC、Clang、ICC、MinGW，...）。

此实现依赖于清理变量属性（GNU 扩展），在超出范围时自动释放内存，因此，不是 ISO C99，而是具有 GNU 扩展的 C99。

示例：

simple1.c：

#include <stdio.h>
#include <csptr/smart_ptr.h>

int main(void) {
    smart int *some_int = unique_ptr(int, 1);

    printf("%p = %d\n", some_int, *some_int);

    // some_int is destroyed here
    return 0;
}

编译& Valgrind 会议：

$ gcc -std=gnu99 -o simple1 simple1.c -lcsptr
$ valgrind ./simple1
==3407== Memcheck, a memory error detector
==3407== Copyright (C) 2002-2013, and GNU GPL\'d, by Julian Seward et al.
==3407== Using Valgrind-3.10.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==3407== Command: ./simple1 
==3407==
0x53db068 = 1
==3407==
==3407== HEAP SUMMARY:
==3407==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==3407==   total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 48 bytes allocated
==3407==
==3407== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==3407==
==3407== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==3407== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

Answer 2

在原始 C 中处理智能指针很困难，因为您没有语言语法来支持用法。 我见过的大多数尝试都不起作用，因为当对象离开作用域时，您没有运行析构函数的优势，而这正是智能指针发挥作用的真正原因。

如果您真的担心这一点，您可能需要考虑直接使用 垃圾收集器，并完全绕过智能指针要求。

Answer 3

您可能需要考虑的另一种方法是 Apache 使用的池化内存方法。 如果您具有与请求或其他短期对象关联的动态内存使用情况，则此方法非常有效。 您可以在请求结构中创建一个池，并确保始终从池中分配内存，然后在处理完请求后释放池。 一旦你使用过它，它听起来就不再那么强大了。 它几乎和 RAII 一样好。

Answer 4

你不能在 C 中使用智能指针，因为它没有提供必要的语法，但你可以通过练习避免泄漏。 分配完资源后立即编写资源释放代码。 因此，每当您编写malloc时，您应该立即在清理部分中编写相应的free。

在 CI 中，我们经常看到“GOTO 清理”模式：

int foo()
{
    int *resource = malloc(1000);
    int retVal = 0;
    //...
    if (time_to_exit())
    {
        retVal = 123;
        goto cleanup;
    }
cleanup:
    free(resource);
    return retVal;
}

在 C 中，我们还使用很多分配内容的上下文，同样的规则也适用于此：

int initializeStuff(Stuff *stuff)
{
    stuff->resource = malloc(sizeof(Resource));
    if (!stuff->resource) 
    {
        return -1; ///< Fail.
    }
    return 0; ///< Success.
}

void cleanupStuff(Stuff *stuff)
{
    free(stuff->resource);
}

这类似于对象构造函数和析构函数。 只要您不将分配的资源交给其他对象，它就不会泄漏，指针也不会悬空。

编写一个跟踪分配并写入泄漏块atexit的自定义分配器并不困难。

如果您需要放弃指向已分配资源的指针，您可以为其创建包装器上下文，并且每个对象都拥有一个包装器上下文而不是资源。 这些包装器共享资源和一个计数器对象，该对象跟踪使用情况并在无人使用时释放对象。 这就是 C++11 的 shared_ptr 和 weak_ptr 的工作原理。 这里写得更详细：weak_ptr 是如何工作的？

Answer 5

静态代码分析工具，例如 splint 或 Gimpel PC-Lint 可能会在这里提供帮助 - 您甚至可以通过将它们连接到自动“持续集成”样式构建服务器来使它们具有适度的“预防性”。 （你确实有其中之一，对吧？:grin:）

这个主题还有其他（一些更昂贵的）变体......

Answer 6

好的，这是您的选择。 理想情况下，您将它们结合起来以获得更好的结果。 如果是C，偏执是可以的。

编译时：

1. 使用GCC中的cleanup变量属性。 之后你必须坚持使用 GCC。 这限制了代码的可移植性，因为您只能针对存在 GCC 的平台。
2. 在 Windows 上使用 SEH（结构化异常处理）。 这进一步限制了您的可移植性，因为您必须使用 Microsoft 编译器。 如果您的目标仅是 Windows，那么它将适合您。
3. 使用静态代码分析工具揭示潜在的内存泄漏。 效果并不完美，但可以帮助发现细微的泄漏。 不影响你的便携性。

运行时：

4. 使用调试内存分配库，用自己的实现替换 malloc/free 并跟踪内存使用情况。 这样您就可以看到已分配但从未释放的块。 我在 Solaris 上取得了成功（会尽力记住它的名字）。
5. 使用垃圾收集器。 我在修复一个漏洞严重的 C 应用程序时，对 Hans-Boehm GC 获得了积极的体验有源代码。 我可以看到内存消耗如何攀升，然后当 GC 完成工作时内存消耗急剧下降。

Answer 7

您可以定义宏（例如 BEGIN 和 END）来代替大括号并触发自动销毁正在退出其范围的资源。 这要求所有此类资源都由智能指针指向，该指针还包含指向对象析构函数的指针。 在我的实现中，我在堆内存中保留了一个智能指针堆栈，记住作用域入口处的堆栈指针，并在作用域出口处调用记忆的堆栈指针上方的所有资源的析构函数（END或用于返回的宏替换）。 即使使用 setjmp/longjmp 异常机制，这也能很好地工作，并且还清除 catch 块和引发异常的范围之间的所有中间范围。 请参阅 https://github.com/psevon/exceptions-and-raii- in-c.git 进行实施。

Answer 8

如果您使用 Win32 进行编码，则可以使用 结构化异常处理来完成类似的事情。 您可以这样做：

foo() {
    myType pFoo = 0;
    __try
    {
        pFoo = malloc(sizeof myType);
        // do some stuff
    }
    __finally
    {
        free pFoo;
    }
}

虽然不像 RAII 那么容易，但您可以将所有清理代码收集在一个地方并保证它被执行。

Answer 9

Sometimes i use this approach and it seems good :)

Object *construct(type arg, ...){

    Object *__local = malloc(sizeof(Object));
    if(!__local)
        return NULL;
    __local->prop_a = arg;
    /* blah blah */


} // constructor

void destruct(Object *__this){

   if(__this->prop_a)free(this->prop_a);
   if(__this->prop_b)free(this->prop_b);

} // destructor

Object *o = __construct(200);
if(o != NULL)
   ;;

// use

destruct(o);

/*
  done !
*/