混搭下的C与C++内存操作

浏览数：31 / 时间：2015年06月08日

源自最近遇到一个的问题，先介绍一下背景。项目中混用了C与C++编程范式，鉴于项目成员背景不一，每个模块的负责人可以自行2选1。同时为了提高效率，C范式的模块被允许使用STL库的部分容器（其实也就仅仅大量使用了vector而已）。开发环境是visual studio 2005 wiht sp1。

那么问题来了，在部分模块中，纯C结构体和包含C++类的结构体共存，但它们的内存布局是不同的，所需要的初始化方式、内存操作函数均不同（malloc、new、memset....）。

巧合的是，在vs2005下包含vector类的结构体可以使用C的内存操作函数，而不会出错。比如用malloc申请结构体内存，用memset清空整个结构体都没有问题，程序可以正确运行。所以使用C规范的模块很开心的无脑使用malloc，且都是全局变量也不涉及free的问题。

悲剧的是因为外部原因，开发环境要升级到vs2010，上面的巧合不复存在，程序会崩溃，并且因为各模块大量使用了memset的方式来初始化包含vector的结构体，还需要解决这类结构体的初始化问题，比如非vector的结构体成员要求清零。

从程序的角度来说，这是一个POD问题，以下是维基百科的POD介绍：Plain old data structure, 缩写为POD, 是C++语言的标准中定义的一类数据结构，POD适用于需要明确的数据底层操作的系统中。POD通常被用在系统的边界处，即指不同系统之间只能以底层数据的形式进行交互，系统的高层逻辑不能互相兼容。比如当对象的字段值是从外部数据中构建时，系统还没有办法对对象进行语义检查和解释，这时就适用POD来存储数据。

简单来说就是POD类型在源代码兼容于ANSI C时非常重要。POD对象与C语言的对应对象具有共同的一些特性，包括初始化、复制、内存布局、寻址。

我们的目标不仅仅是清除现有隐患，而且要建立一个机制避免后续类似问题，因为一旦将来有人误用内存操作，由于错误地点和崩溃地点完全不同，定位会非常麻烦。总的来说有以下几点需求：

清理现有的POD内存申请和释放操作，并为POD内存申请提供检查机制，在误用POD内存申请的时候报错，比如用malloc申请了非POD内存。
清理现有的memset操作，并为memset提供检查机制，不允许对非POD内存执行memset操作。
支持对非POD内存块的内存清零操作

具体操作的思路是清理所有使用malloc的地方，替换为新封装的内存申请函数，然后回归测试，失败的地方肯定就是有非法POD操作，视具体情况逐个解决即可。

C内存布局(POD类型)的操作

1）动态申请和释放

封装的MemAlloc函数会检查申请的类型是否符合POD要求。释放操作比较简单，封装的MemFree函数直接调用C语言的free。

在vs2005和2008的标准库中没有is_pod函数，此时可以使用boost库的is_pod函数替代。

template<typename T>
T* MemAlloc(size_t a = 1)
{
    assert(std::is_pod<T>::value == true && "MemAlloc POD error");
    T* mem = (T*)malloc(a*sizeof(T));
    return mem;
}

例：
TEST_STRU* pPdu = MemAlloc<TEST_STRU>(); //申请单个MAC_PDU内存块
TEST_STRU* pPduS = MemAlloc<TEST_STRU>(10); //申请10个MAC_PDU内存块
MemFree(pPdu);

MemFree(pPduS);

2）内存置位操作

用封装的置位函数替换标准memset函数，新函数会检查操作的类型是否符合POD要求。采用宏替换，简单粗暴，注意控制宏的生效范围。

template<typename T>
void pod_memset(T* p,int val, size_t size)
{
    assert(std::is_pod<T>::value== true && "pod_memset POD error");
    ::memset(p, val, size);
}
#define memset pod_memset

C++内存布局(非POD类型)的操作

1）动态申请与释放

对于需要内存清零的申请操作，分别被封装为MemNew函数和MemNewMulti函数，函数中使用了不太常用的operator new和placement new，相关知识点这里就不介绍了。相应的释放函数为MemDel和MemDelMulti。

对于不需要内存清零的动态内存操作，请使用语言自带的new和delete。

template<typename T>
T* MemNew()
{
    T *p = (T*)operator new(sizeof(T));
    ::memset(p,0,sizeof(T));
    new (p) T;
    return p;
}

template<typename T>
void MemDel(T* p)
{
    p->~T();
    operator delete(p);
}

template<typename T>
T* MemNewMulti(size_t cnt)
{
    T *p = (T*)operator new(sizeof(T)*cnt);
    ::memset(p,0,sizeof(T)*cnt);
    for(size_t i=0; i < cnt; ++i)
    {
        new (&p[i]) T;
    }
    return p;
}

template<typename T>
void MemDelMulti(T* p, size_t cnt)
{
    for(size_t i=0; i < cnt; ++i)
    {
        p[i].~T();
    }

    operator delete( p);
}

例：
TEST_STRUCT* pUser = MemNew<TEST_STRUCT>(); //申请单个TEST_STRUCT内存块，并清零
TEST_STRUCT* pUsers = MemNewMulti<TEST_STRUCT>(3); //申请3个TEST_STRUCT内存块，并清零
MemDel(pUser);
MemDelMulti(pUsers, 3); //释放3个USER内存块，注意需要额外输入释放的个数

2）内存置位操作

因为上面已经禁用了非POD的置位操作，误用替换后的memset会触发断言保护。

对于动态申请的非POD类型的内存清零用上面的申请函数即可，对于栈上定义的非POD结构体可以用以下方式来完成结构体成员的清零操作。

//假设parent下的ueInfo是包含C++类成员的结构体(TEST_STRUCT)，需要将其中的其他POD成员初始化为0
TEST_STRUCT temp={0}; //临时变量，要求保证TEST_STRUCT的第一个成员可以用0进行初始化，如果第一个成员也是结构体或者是数组，可以写成{{0}}
parent.ueInfo = temp;

郑重声明：本站内容如果来自互联网及其他传播媒体，其版权均属原媒体及文章作者所有。转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。

混搭下的C与C++内存操作