在 C 中自动释放堆栈变量

Question

不幸的是，在 C 中没有任何智能指针.. 但是是否可以构建一个宏来包装变量声明并在离开声明变量的范围时将该变量作为输入变量调用函数调用？

对不起，这句话很长，但我正在研究 xnu 内核，其中有许多具有内置引用计数器的元素，并且在使用它时一定不要忘记取消引用该元素以避免内存泄漏。

例如，如果我有以下类型的proc_t：

struct proc;
typedef struct proc * proc_t;

我想在一个作用域内声明一个基于该类型的栈变量，例如：

{
    proc_t_release_upon_exit proc_t proc_iter = proc_find(mypid);
    //the rest of the code in this scope 
}

在预处理器分析宏和编译之前，我期望生成以下代码：

{ 
    proc_t myproc = proc_find(mypid)
    //the rest of the code in scope
    proc_rele(myproc);
}

有没有办法像在 C 中那样定义这样的宏？

Answer 1

您可以在 GCC 中使用 cleanup 变量属性。请看一下： http://echorand.me/site/notes/articles/c_cleanup/cleanup_attribute_c.html

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void free_memory(void **ptr)
{
    printf("Free memory: %p\n", *ptr);
    free(*ptr);
}

int main(void)
{
    // Define variable and allocate 1 byte, the memory will be free at
    // the end of the scope by the free_memory function. The free_memory 
    // function will get the pointer to the variable *ptr (double pointer
    // **ptr).
    void *ptr  __attribute__ ((__cleanup__(free_memory))) = malloc(1);
    return 0;
}

如果将源代码保存在名为 main.c 的文件中，则可以使用以下命令对其进行编译：

gcc main.c -o main

并通过以下方式验证是否存在任何内存泄漏：

valgrind ./main

valgrind 的示例输出：

==1026== Memcheck, a memory error detector
==1026== Copyright (C) 2002-2013, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==1026== Using Valgrind-3.10.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==1026== Command: ./main
==1026== 
Free memory: 0x51ff040
==1026== 
==1026== HEAP SUMMARY:
==1026==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==1026==   total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 1 bytes allocated
==1026== 
==1026== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==1026== 
==1026== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==1026== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

Answer 2

C 确实提供了一种在语法上将代码放置在首先执行的其他代码之前的方法：for 块。请记住，for 结构的第 3 条可以包含任意表达式，并且始终在主块执行之后运行。

因此，您可以通过将for 块包装在宏中来创建一个宏，在给定的以下代码块之后进行预定调用：

#define M_GEN_DONE_FLAG() _done_ ## __LINE__ 

#define M_AROUND_BLOCK2(FLAG, DECL, BEFORE, AFTER) \
  for (int FLAG = (BEFORE, 0); !FLAG; ) \
    for (DECL; !FLAG; FLAG = (AFTER, 1))

#define M_AROUND_BLOCK(DECL, BEFORE, AFTER) M_AROUND_BLOCK2(M_GEN_DONE_FLAG(), DECL, BEFORE, AFTER)

#define M_CLEANUP_VAR(DECL, CLEANUP_CALL) M_AROUND_BLOCK(DECL, (void)0, CLEANUP_CALL)

...你可以这样使用它：

#include <stdio.h>

struct proc;
typedef struct proc * proc_t;

proc_t proc_find(int);
void proc_rele(proc_t);

void fun(int mypid) {
  M_CLEANUP_VAR (proc_t myproc = proc_find(mypid), proc_rele(myproc))
  {
    printf("%p\n", &myproc); // just to prove it's in scope
  }
}

这里的诀窍是 for 块接受以下语句，但如果我们实际上没有将该语句放入宏定义中，我们可以使用普通代码块跟随宏调用，它会“神奇地”属于我们新的作用域控制结构语法，只需遵循扩展的for。

任何值得使用的优化器都会在其最低优化设置下删除循环标志。请注意，名称与标志冲突并不是一个大问题（即，您实际上并不需要gensym），因为标志的范围是循环体，如果使用相同的任何嵌套循环，它们都会安全地隐藏它标志名称。

这里的好处是要清理的变量的范围受到限制（它不能在其声明之后立即在化合物之外使用）并且在视觉上是明确的（因为所述化合物）。

优点：

• 这是没有扩展的标准 C
• 控制流程很简单
• 实际上（不知何故）没有__attribute__ __cleanup__那么冗长

缺点：

• 它不提供“完整”的 RAII（即不能防止 goto 或 C++ 异常：__cleanup__ 通常在底层使用 C++ 机制实现，因此它更完整）。更严重的是，它不能防止早期的return（感谢@Voo）。 （您可以至少防止出现错误的break - 如果您愿意 - 通过在M_AROUND_BLOCK2 的末尾添加第三行switch (0) default:。）
• 并非所有人都同意语法扩展宏（但考虑到您正在在此处扩展 C 的语义，所以...）

Answer 3

我知道这不是你想听到的，但我敦促你不要这样做。

单点返回是完全可以接受的 C 风格，在此之前一切都会被清理干净。由于没有异常，这很容易做到，并且通过查看函数很容易验证。

使用宏黑客或编译器“功能”来做到这一点是不被接受的 C 风格。阅读理解之后，会成为大家的负担。最后，它实际上并没有给你带来太多好处。