C++ 核心指南之资源管理(中)分配和释放
C++ 核心指南(C++ Core Guidelines)是由 Bjarne Stroustrup、Herb Sutter 等顶尖 C++ 专家创建的一份 C++ 指南、规则及最佳实践。旨在帮助大家正确、高效地使用“现代 C++”。
这份指南侧重于接口、资源管理、内存管理、并发等 High-level 主题。遵循这些规则可以最大程度地保证静态类型安全,避免资源泄露及常见的错误,使得程序运行得更快、更好。
R.alloc: 分配和释放
- R.10: 避免使用 malloc() / free()
- R.11: 避免显式调用 new / delete
- R.12: 显式资源分配的结果应立即给到资源管理对象
- R.13: 在一条语句中,最多只能有一个显式资源分配
- R.14: 避免使用 [] 参数,用 span 替代
- R.15: 分配/释放操作要成对重载
R.10: 避免使用 malloc() / free()
malloc() / free() 不支持构造、析构,不要和 new / delete 混用。
例子
1 | class Record { |
最后的 delete、free 在有的实现中可能正常工作,有的会导致运行时错误。
例外
有的应用中禁止异常,如 life-critical 和硬实时系统。但是很多针对异常的禁用只是迷信,或是担心导致旧代码资源管理上的混乱。如果是这种情况,可以考虑 nothrow 版本的 new
代码检查建议
标记显式的 malloc/free 调用
R.11: 避免显式调用 new / delete
new 返回的指针应该属于资源句柄(在资源句柄的析构中自动调用 delete)。如果 new 返回值赋给了裸指针,可能导致资源泄露。
注
在大型项目中,如果在应用代码中(而不是在专门资源管理类中)出现 delete,那多半会有 bug:如果代码里有几处 delete 调用,你怎么保证没有多调用或者少调用?这类 bug 不一定能立即发现,可能在潜伏一段时间后,在某次代码维护/重构时暴露。
代码检查建议
针对显式的 new / delete 给出警告,建议使用 make_unique 替代
R.12: 显式资源分配的结果应立即给到资源管理对象
否则,一旦抛异常或返回将导致资源泄露
反面例子
1 | void func(const string& name) |
buf 分配空间可能失败抛异常,导致 f 文件句柄泄露
正面例子
1 | void func(const string& name) |
文件句柄在 ifstream 内部,ifstream 销毁时自动 fclose 文件句柄,简单、安全、高效。
代码检查建议
标记那些用来初始化指针的显式资源分配
R.13: 在一条语句中,最多只能有一个显式资源分配
如果在一条语句中执行两个显式资源分配,可能导致资源泄露。因为很多子表达式的求值顺序(包括函数参数)是未定义的。
例子
1 | void fun(shared_ptr<Widget> sp1, shared_ptr<Widget> sp2); |
如果像下面这样调用 fun():
1 | // BAD: 可能泄露 |
上述调用是“异常不安全”(exception-unsafe)的,因为编译器可能会对创建两个参数的表达式重新排序。特别是编译器可能交叉执行两个子表达式:先给 sp1、sp2 分配内存空间、然后调用 Widget 的构造。如果此时在构造某一个参数的时候抛出异常,则另一个对象的内存不会被释放!
解决这个问题也很简答,不在一条语句里出现多个显式资源分配即可。例如;
1 | // 稍好,但有点乱 |
最好的办法是完全避免显式资源分配,而是通过工厂函数返回拥有的对象:
1 | // 最佳实践 |
如果没有像 make_shared、make_unique 这样的工厂函数,自己封装一个。
代码检查建议
如果一条语句内有多个显式资源分配,标记该语句
R.14: 避免使用 [] 参数,用 span 替代
数组形参退化为指针,丢失数组大小信息,容易导致边界错误。用 span 可以保留数组大小信息。
例子
1 | // 不推荐 |
R.15: 分配/释放操作要成对重载
否则将导致混乱
例子
1 | class X { |
注
如果希望内存不被释放,用 =delete 明确禁止释放操作。
代码检查建议
标记不成对的分配/释放操作