我可以有一个 C 例程，它可以防止两次释放内存吗？答案

【问题标题】：Can I have a C routine, which prevents free()ing the memory twice?我可以有一个 C 例程，它可以防止两次释放内存吗？
【发布时间】：2020-09-23 06:54:47
【问题描述】：

通常在项目中使用复杂的结构，例如，如下所示：

struct opts {
    char* server;
    char* port;
    int protocol;
    void* protocol_data;
};

为了释放这些结构，直到今天我采用了如下例程：

void free_proto1(struct opts* opt);
void free_proto2(struct opts* opt);

void free_opts(struct opts** opt) {

    free((*opt)->server);
    free((*opt)->port);

    if ((*opt)->protocol == PROTOCOL1) {
        free_proto1(*opt);
    }
    else if ((*opt)->protocol == PROTOCOL2) {
        free_proto2(*opt);
    }
    else
        free((*opt)->protocol_data);

    free(*opt);
    *opt = NULL;
}

但是如果我有另一个struct opts 指针，比如struct opts* opts2 = opts1，那么在调用free_opts(&opt1) 之后再调用free_opts(&opt2) 肯定会导致程序崩溃。我知道编码的一个好习惯是避免这样的调用。但是有没有机会，我可以检测到内存已经被释放？我什至有兴趣查看Process Control Block（我认为所有程序信息都存放在那里）。我可以在执行free()'ing 操作之前仔细检查 PCB 结构，这样我就可以避免两次free()'ing 内存吗？

【问题讨论】：

没有办法防止像您描述的情况，您只需记录您的 API 并告诉用户不要愚蠢。如果他们然后做了一些愚蠢的事情，那是他们的错。
是的，只需创建您自己的函数来分配和释放，它会保留有关已分配内存块的索引。
#define FREE(A) do { free(A); A = NULL; } while (0)
@Someprogrammerdude 我并不完全了解 Linux 内核如何管理内存中的进程，但我相信它会将内存分配的信息存储在某处。如果它存储了，我们不能在执行 free()ing 操作之前访问它吗？
@qrdl 这是一个非常方便的宏，但如果结构有我展示的指针，您可能会依赖垃圾收集器来释放该内存。而且，我担心的是，当再次调用相同的 FREE(B) (B = A) 时，程序会崩溃。

标签： c linux pointers memory-management free

【解决方案1】：

不幸的是，C 不支持 smart pointers 像 f.e. C++ 有。

在 C 语言中，您必须始终小心不要导致内存泄漏。

无论如何，你可以 f.e.以reference counting的方式提供另一个参数。这样做的缺点是每次调用 free_opts 时都需要将引用指针的数量作为参数传递给分配的内存，并且数量必须固定，但这是一种帮助你的方法。

只有在所有引用都被“伪释放”时才会释放内存。

所有传递的引用指针，除了最后一个，都只是一个空指针，指向的内存实际上直到最后一个引用指针过去才被释放。

int free_opts (struct opts** opt, int ref) {

    static int cnt = 0; 
    cnt++;

    if ( cnt != ref ) {        
        *opt = NULL;
        return 0;
    }

    free((*opt)->server);
    free((*opt)->port);

    if ((*opt)->protocol == PROTOCOL1) {
        free_proto1(*opt);
    }
    else if ((*opt)->protocol == PROTOCOL2) {
        free_proto2(*opt);
    }
    else
        free((*opt)->protocol_data);

    free(*opt);
    return 1;
}

内存是否真正被释放，由返回值表示。

【讨论】：

【解决方案2】：

@RobertSsupportsMonicaCellio 和@Federico 提出了一些可靠的方法来防止内存free'ing 两次。但我觉得@vll 提出的建议不应该在 cmets 中丢失，因此我总结了海报建议作为答案。

另一种跟踪指针的可靠方法是维护分配地址的list，并且仅当它们在列表中时才释放它们。下面是最简单的实现：

#include "list.h"

static struct list addr_list;

struct opts* create_opts(void) {

    struct opts* opts = (struct opts*) calloc(1, sizeof(struct opts));

    if (opts == NULL)
        return NULL;

    /* Initialize the opts{} */

    list_append(&addr_list, opts);

    return opts;
}

int free_opts(struct opts* opts) {

    if (in_list(&addr_list, opts) == false)
        return 0;

    /* Free the opts{} */

    list_remove(&addr_list, opts);

    return 1;
}

当然，上面的实现只是简单地拒绝了释放structs的请求，它们不是使用create_opts()创建的。对此的部分解决方案是使用标志来启用强制清理。但我希望，如果可能的话，有人会给出一些具体的答案。

感谢大家提出的宝贵建议:)

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以使用引用计数 API，即：将 size_t refs 字段添加到您的结构，然后添加一个

struct opts* ref_opts(struct opts* opt)

将增加 ref 计数器并返回 opt 的 API；最后，将 free_opts 重命名为 unref_opts() 并且仅在 refs 字段为 0 时才真正释放您的结构。

这将公开一个已知的 API 以获取结构引用并以非常同质的方式释放它；不使用就是用户的错。

【讨论】：

【解决方案4】：

释放时将指针设置为已知的无效值 - 通常为 NULL。

那么即使你释放了不止一次 - free 会忽略 NULL 指针。

【讨论】：

我认为您没有很好地理解我的问题，或者您从问题标题中得出结论:(。我确实将指针设置为 NULL，但是如果在另一个指向的指针上调用 free()被释放的地址，这是我的场景。
一种解决方案是使用一个带有指针的删除函数，释放指针的值并将该值设置为空。
@MohithReddy 这是糟糕的软件设计的标志。除了改变你的编程方式之外，没有办法让你免于糟糕的编程。