CppCoreGuidelines E.6 用 RAII 避免内存泄漏

28 July 2023

“Use RAII to prevent leaks”

理由

内存泄漏肯定不行。手工管理释放内存资源很容易出错。RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是避免内存泄漏的最简单、最系统化的方式。

例子

void f1(int i)   // Bad: possible leak
{
    int* p = new int[12];
    // ...
    if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
    // ...
}

我们可以在抛出异常之前小心地释放内存资源。

void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
{
    int* p = new int[12];
    // ...
    if (i < 17) {
        delete[] p;
        throw Bad{"in f()", i};
    }
    // ...
}

但是，这样操作很繁琐。代码量大的时候，在多处可能跑出异常的地方显式地释放资源，既重复是劳动，又容易出错。

void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
{
    auto p = make_unique<int[]>(12);
    // ...
    if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
    // ...
}

注意

这个方法在隐式地抛出异常的情况下也能正常工作，因为清理工作在被调用函数中处理掉了。

void f4(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
{
    auto p = make_unique<int[]>(12);
    // ...
    helper(i);   // might throw
    // ...
}

除非你需要指针语义，不然的话，就用局部的资源对象：

void f5(int i)   // OK: resource management done by local object
{
    vector<int> v(12);
    // ...
    helper(i);   // might throw
    // ...
}

这样更简单、更安全、更高效率。

注意

如果没有明显的资源句柄，或者很难定义合适的 RAII 对象/句柄，最后的办法是通过某个 final_action 对象清理内存资源。

注意

如果我们写的程序不能执行异常怎么办？首先，我们要去质疑一下，为什么？是不是有一些反异常操作的迷信？我们只知道很少一些情况不能用异常：

我们的系统很小，支持异常操作会吃掉 2K 内存的大部分。
我们使用硬实时系统，没有工具可以确保在规定的时间内处理异常。
我们的系统里有大量旧代码，用了大量难以理解的指针，所以异常会导致内存泄漏。
我们用的 C++ 版本中的异常处理机制性能很糟糕（慢、耗内存、没法和动态链接库兼容）。请像提供商提议，如果没有用户提议，不会有改进发生。
如果我们质疑经理的古老智慧，我们会被炒鱿鱼。

这些理由中，只有第一条是很根本的，所以，只要有可能，尽量通过 RAII 使用异常机制，或者设计你的 RAII 对象，确保永远不会出错。如果没法使用异常机制，就模拟出 RAII 操作。就是在对象创建之后，先检查对象是否有效，然后在析构函数中释放所有资源。其中一个策略是给每一个资源句柄添加一个 valid() 操作。

void f()
{
    vector<string> vs(100);   // not std::vector: valid() added
    if (!vs.valid()) {
        // handle error or exit
    }

    ifstream fs("foo");   // not std::ifstream: valid() added
    if (!fs.valid()) {
        // handle error or exit
    }

    // ...
} // destructors clean up as usual

很明显，这样会增加代码长度，不支持隐式的异常传导，并且也很容易忘记添加 valid() 检查。所以，还是首选使用异常机制。

请查看：使用 noexcept 规则

technology 481

CppCoreGuidelines 474