C++ 内存管理范例

Question

我正在从 C 迁移到 C++11，并试图找出 C++11 程序（或任何具有内置异常的现代语言）的内存管理范例。具体来说，我在游戏开发方面遇到了难题，其中内存耗尽是一个真正的问题。

在 C 中，我习惯于检查 malloc 的返回值；并且通常使用自定义分配器。

对于 C++，我很困惑；虽然我喜欢 STL 容器是如何构建允许自定义分配器的。由于 STL 容器都管理自己的内存，因此简单地向向量添加元素可能会抛出 std::bad_alloc。我该如何防范这样的事情？我听说将所有 throwing 调用包装在 try/catch 块中可能会非常昂贵。

但是，允许异常在调用堆栈中向上传播会导致一堆无法完全执行的函数，并会导致一些非常棘手的代码。即如果A->B->C->D 是一个调用堆栈，D 抛出，A 捕获，那么B、C 和D 可能会因为无法正常完成执行而产生一些奇怪的问题。

此外，nothrow 参数似乎允许非常类似 C 的代码；虽然我现在看不到普通 malloc 的好处。

编写异常安全的 C++ 代码以防止内存不足问题有哪些最佳实践？

编辑：A relevant answer on progammers.stackexchange arguing for exception-less C++ design in consoles.不确定这些论点是否仍然适用于8th generation consoles

Answer 1

我的回答将更多地针对游戏开发，因为这是我的背景，也是您感兴趣的一部分。不同类型的应用程序会有不同的要求。

游戏通常会预先分配所有动态内存并保持在该预算范围内。尤其是游戏机有硬内存限制，大多数游戏都想使用所有这些。

预先分配所有内容有几个原因。

一，性能。内存分配很慢。你想不惜一切代价避免它。如果您预先分配所有内容，那么您可以编写自定义的高性能内存分配器，如池分配器、堆栈分配器等，它们只是从您预先分配的缓冲区中获取内存。为手头的任务选择最佳分配器很重要。

第二，如果没有足够的内存供您的游戏使用，您会很快知道。在开发过程中，如果内存不足并且需要调整使用情况，您会崩溃，但最终版本不应该崩溃，因为您已经预先分配并停留在内存预算内。

对于异常，许多（但不是全部）游戏禁用异常，同样是出于性能原因。事实上，一些控制台编译器甚至不支持异常。然后，您要么需要毫无例外地使用 STL 库，要么实现自己的容器。许多游戏团队出于性能原因选择实现自己的，以及将它们与自定义内存分配器更好地集成。

也就是说，动态内存分配、STL 和异常对于较小的个人项目/游戏可能非常合适，但请记住对于大型、高性能、实时游戏来说是必要的。

为了异常安全，我肯定会使用RAII。这就是它的目的。另外我建议使用像std::unique_ptr 和std::shared_ptr 这样的智能指针来进行内存管理。再加上 RAII，如果你的构造函数抛出，内存将被释放。

Answer 2

在退出作用域时使用析构函数自动清理。这称为 RAII，Resource Acquisition Is Initializion，尽管首字母缩略词并不是最好的。所有标准容器等都会自动清理。

在基于垃圾回收的 C# 和 Java 等语言中，您可以在代码中添加try 块和“使用”语句。 Java 刚刚得到它（try 语法 IIRC 的一部分）；它从一开始就在 C# 中（关键字using）；在 Python 中它被称为with；而 C++ 没有它，也不需要它。我曾经为 C++ 创建了一个 WITH 宏，这是一个聪明的小技巧，我认为我会一直使用它，但我没有使用过一次，只是在创建它之后立即尝试它：在 C++ RAII 中做到了全部。

总结：使用 RAII，即使用析构函数，然后让这些异常传播。

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关于内存耗尽，通常只是认为“我们已经完成了”，除了尽可能有序地终止之外，什么都做不了。

但是也许可以留出一点缓冲区，当内存耗尽时可以释放它，以便有一些工作内存用于清理工作。

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C++ 不区分 hard 异常（致命的，例如内存耗尽）和 soft 异常（非致命的一般故障）。