常遇到的動態內存回收問題
在C++的編程過程中，我們經常需要申請一塊動態內存，然后當用完以后將其釋放。通常而言，我們的代碼是這樣的：
1: void func()
2: {
3: //allocate a dynamic memory
4: int *ptr = new int;
5:
6: //use ptr
7:
8: //release allocated memory
9: delete ptr;
10: ptr = NULL;
11: }
如果這個函數func()邏輯比較簡單，問題不大，但是當中間的代碼有可能拋出異常時，上面的代碼就會產生內存泄露(memory leak)，如下面代碼中第11行和12行將不會被執行。當然有碼友會說用try-catch包起來就可以了，對，沒錯，但是代碼中到處的try-catch也挺被人詬病的SAT答案 www.sats686.com
1: void func()
2: {
3: //allocate a dynamic memory
4: int *ptr = new int;
5:
6: throw “error”; //just an example
7:
8: //use ptr
9:
10: //release allocated memory
11: delete ptr;
12: ptr = NULL;
13: }
而且當函數有多個返回路徑時，需要在每個return前都要調用delete去釋放資源，代碼也會變的不優雅了。
1: void func()
2: {
3: //allocate a dynamic memory
4: int *ptr = new int;
5:
6: if (...)
7: {
8: //...a
9:
10: //release allocated memory
11: delete ptr;
12: ptr = NULL;
13: return;
14: } else if (....)
15: {
16: //...b
17:
18: //release allocated memory
19: delete ptr;
20: ptr = NULL;
21: return;
22: }
23:
24: //use ptr
25:
26: //release allocated memory
27: delete ptr;
28: ptr = NULL;
29: }
鑒于此，我們就要想辦法利用C++的一些語言特性，在函數退棧時能夠將局部申請的動態內存自動釋放掉。熟悉C++的碼友們都知道，當一個對象退出其定義的作用域時，會自動調用它的析構函數。也就是說如果我們在函數內定義一個局部對象，在函數返回前，甚至有異常產生時，這個局部對象的析構函數都會自動調用。如果我們能夠將釋放資源的代碼交付給這個對象的析構函數，我們就可以實現資源的自動回收。這類技術，通常被稱為RAII (初始化中獲取資源)托福答案
什么是RAII以及幾個例子
在C++等面向對象語言中，為了管理局部資源的分配以及釋放(resource allocation and deallocation)，實現異常安全(exception-safe)、避免內存泄露等問題，C++之父Bjarne Stroustrup發明了一種叫做”初始化中獲取資源“ (RAII, Resource Acquisition Is Initialization，也可以叫做Scope-Bound Resource Management)的技術。簡單來說，它的目的就是利用一個局部對象，在這個對象的構造函數內分配資源，然后在其析構函數內釋放資源。這樣，當這個局部對象退出作用域時，它所對應的的資源即可自動釋放。在實現上，它通常有三個特點：
創建一個特殊類，在其構造函數初申請資源;
封裝目標對象，將申請資源的目標對象作為這個特殊類的成員變量;
在這個類的析構函數內，釋放資源。
一個典型的例子就是標準庫中提供的模板類std::auto_ptr。如在《C++程序設計語言》(《The C++ Programming Language, Special Edition》, Bjarne Stroustrup著，裘宗燕譯)中第327頁所描述的SAT答案
1: template
2: class std::auto_ptr {
3:
4: public:
5: //在構造函數中，獲得目標指針的管理權
6: explicit auto_ptr(X *p = 0) throw() { ptr = p; }
7: //在析構函數中，釋放目標指針
8: ~auto_ptr() throw() { delete ptr; }
9:
10: //...
11:
12: //重裝*和->運算符，使auto_ptr對象像目標指針ptr一樣使用
13: X& operator*() const throw() { return *ptr; }
14: X* operator->() const throw() { return ptr; }
15:
16: //放棄對目標指針的管理權
17: X* release() throw() { X* t = ptr; ptr = 0; return t; }
18:
19: private:
20: X *ptr;
21: };
想要使用它，非常簡單，例如
1: #include
2:
3: void func()
4: {
5: std::auto_ptr p(new int);
6:
7: //use p just like ptr
8:
9: return;
10: }
另一個例子，是利用GCC中的cleanup attribute。它可以指定一個函數，在該變量退出作用域時可以執行。例如Wikipedia上提到的宏
1: #define RAII_VARIABLE(vartype,varname,initval,dtor) \
2: void _dtor_ ## varname (vartype * v) { dtor(*v); } \
3: vartype varname __attribute__((cleanup(_dtor_ ## varname))) = (initval)
我們可以這樣使用，例如
1: void example_usage() {
2: RAII_VARIABLE(FILE*, logfile, fopen("logfile.txt", "w+"), fclose);
3: fputs("hello logfile!", logfile);
4: }
還有一個例子，是在劉未鵬的博客文章”C++11 (及現代C++風格)和快速迭代式開發“中的”資源管理“一節中看到的，他借助C++11的std::function實現了這一特性。感興趣的碼友可以到他博客內閱讀。
筆者采用的方法
對于new/delete，使用上面提到的std::auto_ptr就可以了，但是對于new/delete[]一個動態的一維數組，甚至二維數組，auto_ptr就無能為力了。而且在一些項目中，特別是一些有著悠久歷史的代碼中，還存在著使用malloc, new混用的現象。所以筆者設計了一個auto_free_ptr類，實現目標資源的自動回收。它的實現比較簡單，只利用了RAII的第三個特點——”在類的析構函數內釋放資源”，但有一個優點是可以在申請堆內存代碼前使用托福答案
代碼如下，
1: //auto_free_ptr is only used for automation free memory
2: template
3: class auto_free_ptr
4: {
5: public:
6: typedef enum {invalid, new_one, new_array, alloc_mem} EFLAG;
7: auto_free_ptr() { initialize(); }
8: ~auto_free_ptr(){ free_ptr(); }
9:
10: ///set the pointer needed to automatically free
11: inline void set_ptr(T** new_ptr_address, EFLAG new_eflag)
12: { free_ptr(); p_ptr = new_ptr_address; eflag = new_eflag; }
13:
14: ///give up auto free memory
15: inline void give_up() { initialize(); }
16:
17: protected:
18: inline void initialize() { p_ptr = NULL; eflag = invalid; }
19: inline void free_ptr() throw()
20: {
21: if(!p_ptr || !(*p_ptr)) return;
22:
23: switch(eflag)
24: {
25: case alloc_mem: { free(*p_ptr), (*p_ptr) = NULL, p_ptr = NULL; break; }
26: case new_one: { delete (*p_ptr), (*p_ptr) = NULL, p_ptr = NULL; break; }
27: case new_array: { delete[] (*p_ptr),(*p_ptr) = NULL, p_ptr = NULL; break; }
28: }
29: }
30:
31: protected:
32: T** p_ptr; //!< pointer to the address of the set pointer needed to automatically free
33: EFLAG eflag; //!< the type of allocation
34:
35: private:
36: DISABLE_COPY_AND_ASSIGN(auto_free_ptr);
37: };
為了使用方便，封裝兩個宏：
1: // auto-free macros are mainly used to free the allocated memory by some local variables in the internal of function-body
2: #define AUTO_FREE_ENABLE( class, ptrName, ptrType ) \
3: auto_free_ptr auto_free_##ptrName; \
4: auto_free_##ptrName.set_ptr(&ptrName,auto_free_ptr::ptrType)
5:
6: #define AUTO_FREE_DISABLE( ptrName ) auto_free_##ptrName.give_up()
使用起來很簡單，例如
1: void func(int nLftCnt, int nRhtCnt)
2: {
3: if (!nLftCnt && !nRhtCnt)
4: return;
5:
6: unsigned *pLftHashs = NULL;
7: unsigned *pRhtHashs = NULL;
8:
9: //在申請堆內存之前，使用auto_free_ptr
10: AUTO_FREE_ENABLE(unsigned, pLftHashs, new_array);
11: AUTO_FREE_ENABLE(unsigned, pRhtHashs, new_array);
12:
13: //....
14:
15: if (nLftCnt)
16: {
17: pLftHashs = new unsigned[nLftCnt];
18: //...a
19: }
20:
21: if (nRhtCnt)
22: {
23: pRhtHashs = new unsigned[nRhtCnt];
24: //...b
25: }
26:
27: //....
28:
29: if (...)
30: {
31: //因為下面這個函數可以釋放資源，所以在它前面放棄對目標指針的管理權
32: AUTO_FREE_DISABLE(pLftHashs);
33: AUTO_FREE_DISABLE(pRhtHashs);
34:
35: //這個函數可以釋放資源
36: free_hash_arrays(pLftHashs, pRhtHashs);
37: }
38: }
同樣的，有時我們需要申請一個動態二維數組，所以也實現一個對應的auto_free_2D_ptr
1: //auto_free_2D_ptr is only used for automation free memory of 2D array
2: template
3: class auto_free_2D_ptr
4: {
5: public:
6: typedef enum {invalid, new_one, new_array, alloc_mem} EFLAG;
7: auto_free_2D_ptr() { initialize(); }
8: ~auto_free_2D_ptr() { free_ptr(); }
9:
10: ///set the pointer needed to automatically free
11: inline void set_ptr( T** new_ptr_address,EFLAG new_eflag, int new_length_row )
12: { free_ptr(); p_ptr = new_ptr_address; eflag = new_eflag; length_row = new_length_row; }
13:
14: //give up auto free memory
15: inline void give_up() { initialize(); }
16:
17: protected:
18: inline void initialize() { p_ptr = NULL; eflag = invalid; length_row = 0;}
19: inline void free_ptr() throw()
20: {
21: if(!p_ptr || !(*p_ptr)) return;
22:
23: for(int i = 0; i < length_row; i++)
24: {
25: if(!(*p_ptr)[i]) continue;
26: switch(eflag)
27: {
28: case alloc_mem: { free((*p_ptr)[i]); break; }
29: case new_one: { delete (*p_ptr)[i]; break; }
30: case new_array: { delete[] (*p_ptr)[i]; break; }
31: }
32: (*p_ptr)[i] = NULL;
33: }
34: switch(eflag)
35: {
36: case alloc_mem: { free((*p_ptr)); break; }
37: default: { delete[] (*p_ptr); break; }
38: }
39: (*p_ptr) = NULL, p_ptr = NULL;
40: }
41:
42: protected:
43: T** p_ptr; //!< pointer to the address of the set pointer needed to automatically free
44: EFLAG eflag; //!< the type of allocation
45: int length_row; //!< the row length such as ptr[length_row][length_col]
46:
47: private:
48: DISABLE_COPY_AND_ASSIGN(auto_free_2D_ptr);
49: };
50:
51: #define AUTO_FREE_2D_ENABLE( class, ptrName, ptrType, rowNum ) \
52: auto_free_2D_ptr auto_free_##ptrName; \
53: auto_free_##ptrName.set_ptr(&ptrName,auto_free_2D_ptr::ptrType, rowNum)
54:
55: #define AUTO_FREE_2D_DISABLE( ptrName ) AUTO_FREE_DISABLE( ptrName )
下面是個例子
1: void func(int row, int col)
2: {
3: if (!row && !col)
4: return;
5:
6: int **ptr = new int*[ row ];
7: for( int r = 0; r < row; ++r ) { ptr[r] = new int[ col ];}
8:
9: AUTO_FREE_2D_ENABLE( int, ptr, new_array, row );
10:
11: //....
12: }
到這里就結束了，有些碼友可能會說，何必這么麻煩，boost內有很多智能指針供選擇，用share_ptr, scoped_ptr, scoped_array，unique_ptr, auto_ptr 中的一個不就行了嗎? 沒錯!如果你正在開發的代碼中，允許用boost，并且在相關程序接口統一都用智能指針來管理、不會用到源對象指針的話，當然優先選boost，但是當你的代碼中由于歷史原因，有些接口不可變更，且new/delete, malloc/free都存在，而且依然需要使用源對象指針來完成大部分工作時，不妨試試我設計的這個閹割版的scoped_ptr/scoped_array。總之，根據自己的實際情況來選擇合適的方案，如果標準方案不適用，就自己寫一個托福答案