删除 STL 序列容器中指针的 Functor

Nemanja Trifunovic

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2004年3月22日

BSD

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一个基于策略的删除 Functor，可与 for_each 函数一起使用。

引言

STL 容器的一个优点是它们会自动为我们处理内存。通过使用 vector 或 deque 等标准顺序容器，而不是直接处理 new[] 和 delete[] 运算符，我们可以避免内存泄漏的可能性，并使我们的代码具有异常安全性。例如，如果在函数中需要一个整数的动态数组，如果我们使用 std::vector<int> 而不是 int*，我们将不必担心在退出函数之前调用 delete 来释放内存。

vector<int> vectorArray (30); // the memory will be automatically freed
...
int* oldStyleArray = new int[30]; // be sure to call delete[] oldStyleArray;

然而，如果我们把指针放入标准容器中，事情就会变得更加复杂。

struct C
  {
  char data_[50];
  };
  ...
  vector <C*> dataArray;
for (int i = 0; i < 20 ; ++i)
  dataArray.push_back(new C());

在 dataArray 退出作用域后，只有指针本身占用的内存会被释放，但对象本身将保持未删除状态，除非我们这样做：

for (vector <C*>::iterator it = dataArray.begin(), 
  it != dataArray.end(); ++it)
  delete *it;

在 dataArray 退出作用域之前。

处理此问题的最佳方法是永远不要将原始指针放入容器中，而是使用智能指针，例如 boost::shared_ptr [1] 或 Loki::SmartPtr [2]。

vector <boost::shared_ptr<C> > dataArray;
for (int i = 0; i < 20 ; ++i)
  dataArray.push_back(boost::shared_ptr<C> (new C()));

现在，我们无需担心释放对象。

但是，在某些情况下，我们仍然希望在 STL 顺序容器中保留原始指针，在这种情况下，我们可以使用一种比手动编写循环更简单的方法来清理内存。一种常见的解决方案是编写一个 Functor，使我们能够使用诸如 for_each [3] 之类的 STL 算法。

for_each(dataArray.begin(), dataArray.end(), del_fun<C>());

这种方法更好，但仍有许多不足之处。首先，它总是调用 operator delete，这对于使用 new[] 或 malloc 创建的对象的情况并不适用。此外，在某些情况下，我们可能希望在删除指针后将其清零。

为了解决这些问题，我实现了一个基于策略的 Functor free_ptr。

`free_ptr` 的设计

在使用 Functor 删除对象时，我们面临两个独立的选择：

使用哪个函数来删除对象？
删除后是否将指针清零？

为了让用户做出选择，我使用了两个单独的策略：CleanUpPolicy 和 ZeroPtrPolicy。

template <typename T, class CleanUpPolicy = DeleteSingleObject, class 
ZeroPtrPolicy = DontZeroPtr>
struct free_ptr : std::unary_function <T*, void>
  {
  void operator()(T*& ptr)
    {
    CleanUpPolicy::Destroy(ptr);
    ZeroPtrPolicy::Zero(ptr);
    }
};

得益于基于策略的设计，free_ptr 非常易于使用，同时又高度可定制。对于最常见的情况（使用 new 创建的单个对象，无需清零指针），可以这样使用：

for_each(dataArray.begin(), dataArray.end(), free_ptr<C>());

如果对象是使用 new[] 创建的，并且我们需要在删除后清零指针，我们可以这样写：

for_each(dataArray.begin(), dataArray.end(), free_ptr<C, DeleteArray, 
ZeroPtr>());

对于 CleanUpPolicy，我们有以下选择：

DeleteSingleObject（默认）– 对每个指针调用 delete。
DeleteArray – 对每个指针调用 delete[]。
Free – 对每个指针调用 free()。

对于 ZeroPtrPolicy，我们有两个选择：

DontZeroPtr（默认）– 不执行任何操作。
ZeroPtr - 将每个指针设置为零。

在理想情况下，我们甚至不需要 CleanUpPolicy – 如果指向单个对象的指针与指向对象数组的指针是不同的类型，我们可以使用一些模板元编程在编译时识别正确的场景。然而，显然情况并非如此，我尝试找出一些运行时机制来做到这一点。我惨败而归：如果我们只有一个指向内存的指针，似乎没有好的方法来区分内存是使用 new、new[] 还是 malloc 分配的。我甚至尝试了一些非便携的技巧，例如使用 _memsize 来确定分配内存块的大小，但是，即使我们知道分配的内存量，它仍然不一定能显示指针指向的对象数量。因此，我能想到的最好的方法是 CleanUpPolicy。这种解决方案的一个好处是，在某些自定义内存管理方案的情况下，编写另一个 CleanUpPolicy 类并像使用我提供的类一样容易地使用它会非常简单。

我可能应该补充一点，使用 free_ptr 无法保护您免受某些糟糕的编程实践。例如，如果您这样做：

vector <C*> dataArray;
dataArray.push_back(new C()); //single object

dataArray.push_back(new C[10]); //array of objects

dataArray.push_back((C*)malloc(sizeof(C))); // malloc-ed object

那么 free_ptr 将无法帮助您。正如我所说，不幸的是，前面的示例会编译，但这只是 C 的另一个遗留问题，使得 C++ 不够完美。

结论

我希望这篇小文章能以两种方式为您带来帮助：它展示了策略设计，这是一种用于开发 C++ 库的强大方法，并且它还为您提供了一个很酷的小代码片段，您可以在日常编程任务中找到它的用途。

参考文献

[1] Boost 智能指针，https://boost.ac.cn/libs/smart_ptr/smart_ptr.htm
[2] Andrei Alexandrescu：《Modern C++ Design – Generic Programming and Design Patterns Applied》，Addison-Wesley 2001。
[3] 用于 STL 容器的 del_fun 函数适配器，http://www.geocities.com/w_steiner/Professional/del_fun.html

删除 STL 序列容器中指针的 Functor

引言

free_ptr 的设计

结论

参考文献

`free_ptr` 的设计