结构中的共享对象：调用程序和库之间（在 c 中）

Question

在一个单独的库中，我们有一个结构体：

typedef struct bsmat{
int m;
int *n;
double **d;
} bs;

其中 **d 是指向双精度数组的指针数组。

bs *new_bs(int n, double **d);

有两种用例：

(a) 主应用程序分配多个双精度矩阵并调用库来构造结构。

b = new_bs(5, p)

(b) 或者，库可以通过调用函数来生成对象：

bs *add(bs *a, bs *b);

在第二种情况下，库拥有 **d 并可以在必要时释放它。 在第一种情况下，应用程序已分配数组，并且库可以读取/写入该数组。 我不清楚谁应该释放什么以及何时释放？

允许主应用程序拥有结构成员是否有问题？ 这种方法有什么问题？ 有哪些替代方案？ 我们试图避免来回复制大量数组。

谢谢

TR

Answer 1

一般来说，图书馆记录其与使用其服务的应用程序签订的“合同”非常重要。 库编写者记录了库所做的所有分配以及应用程序需要释放的内容。 与任何合同一样，简单且一致的合同就是好的。

在这种特殊情况下，我认为图书馆还应该提供：

void free_bs(bs *b) 
{
     if (b->d) {
          /* free b->d here */
     }
     /* free rest of the structure */
}

释放结构。 在这里释放 d 数组也是有意义的。 应用程序具有指向所有 bs 结构的指针，并负责在不再需要时调用它们的 free_bs。

例如，如果您想保留 d 以供将来使用，则在完成库操作后，合同会稍微复杂一些。 该库还可以提供：

double** bs_get_data(bs *b)
{
     double **d = b->d;
     b->d = NULL;
     return b->d;
}

返回一个指向 d 的指针，并将该字段留空，以便自由例程知道要跳过它。

bs_get_data() 的文档必须解释它只能被调用一次，并且在这种情况下应用程序负责释放数组。

更新：
回答您下面的评论：首先，请注意，我通过假设（至少）以下内容简化了问题：d 由单个 bs 引用结构或应用程序。 应用程序和库将对数组的单个引用从一个传递到另一个。 例如，如果您希望在更多 bs 结构中使用相同的 d 数组，那么我的方法还不够。

您在评论中提出的标志可能会有所帮助，但不是标准做法，FWIK。 在这种情况下，我建议实现一些简单的引用计数。 如果 d 是需要共享的资源，请将其设为“对象”：

 typedef struct {
         double **d;
         int ref;
 } d_t;

在 new_bs() 中将 ref 初始化为 1。在所有接收d“副本”的函数中，增加引用计数。 当 bs 结构被删除时，或者当您的应用程序中不再需要 d 时，请减少它的引用计数。 如果它为零，则释放它。 在某种程度上，这就是高级语言为您所做的事情，并且在保持资源管理理智方面非常有效。

因此没有人拥有该数组，但最后需要它的人可以释放它。

当然，这需要更多的工作并使代码变得复杂，因此请尽量保持平衡。 并不是您拥有的每个结构都需要它，而只是您需要保留多个引用的结构才需要它。

Answer 2

我认为引用计数对于这个问题来说太过分了。 但是您的界面需要更准确地指定谁拥有 *b 而不仅仅是 b->d。 我根本不清楚图书馆如何知道何时“有必要”（如您所说）释放b->d。

我将按如下方式扩展接口：

1. 每个 bs * 类型的指针要么外部管理，要么内部管理。 函数new_bs返回一个外部管理的指针； 函数 add 返回一个内部管理的指针。

2. Every 返回 bs * 类型指针的函数应该说明结果的管理是内部还是外部。

3. 你可能应该提供函数

   void bs_free_ext(bs **);   // 释放 *bs 并设置 *bs = NULL（外部管理） 
     无效bs_free_int(bs **);   // 释放 *bs 并设置 *bs = NULL（内部管理） 
     

   bs_free_ext 仅释放*bs； bs_free_int 释放 *bs 和 (*bs)->d。

4. 为了安全起见，我还会添加记录每个结构的存储管理的字段，并且我会对任何分配或释放的函数进行断言。 （原因：与分配或释放的成本相比，断言检查便宜。）

如果您可以在 Linux 上运行应用程序，则使用 进行内存检查valgrind 是一个优点。

PS 内存管理的细节泄漏到几乎每个接口中这一事实是我们为了获得 C 语言编程的好处而付出的代价之一。