[C/C++内存安全]_[中级]_[再次探讨避免悬垂指针的方法和检测空指针的方法]

场景

1. 之前在如何避免出现悬垂指针^[1]里说过如果避免悬垂指针的方法，即不传递和使用裸指针。 但是如果某些情况必须使用裸指针来操作，比如不得不用FILE*,HANDLE这些标准库或系统的指针时，那如何避免出现悬垂指针或空指针？

说明

1. 裸指针在使用智能指针封装后，不再使用裸指针，那么基本能杜绝悬垂指针的情况, 原理是使用RAII特性。 可以使用宏CLOSE_UNIQUE_FILE来封装常用操作，避免写大量的冗余代码。注意，声明的宏同时把裸指针变量赋值为NULL，这避免了裸指针再次调用出现的内存安全问题。

#define CLOSE_UNIQUE_FILE(a,name) std::unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> name(a,fclose);a=NULL;
#define FREE_UNIQUE_BUFFER(a,name) std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> name(buf, free);a=NULL;
#define DELETE_SHARE_CLASS(a,name) std::shared_ptr<std::remove_pointer_t<decltype(a)>> name(a, [](decltype(a) str) { delete str; });a=NULL;void TestMalloc()
{// 2. 有些`C`接口返回的`char*`类型;是通过`malloc`创建的.auto buf = (char*)malloc(32);FREE_UNIQUE_BUFFER(buf, spBuf);
}void TestWin32HANDLE()
{// 3. `Win32`对象WIN32_FIND_DATA findFileData;HANDLE hFind = FindFirstFile(L".\\*.*", &findFileData);if (hFind == INVALID_HANDLE_VALUE)return;std::shared_ptr<void> spFind(hFind, ::FindClose);
}void TestFILE()
{// 1. 使用`fopen_s`// -- 使用`unique_ptr`FILE* file = NULL;auto err = fopen_s(&file,"1.txt", "rb");if (err != 0)return;CLOSE_UNIQUE_FILE(file, spFile);
}

2. 把变量赋值为NULL，空指针调用非虚函数，而虚函数里不会访问它的成员变量时，这个行为是未定义，可能会崩溃，也可能不会。经验来看，很少会出现崩溃的情况。那么如何让空指针调用非虚函数一定会崩溃呢？让空指针解引用，这种方式一定会在运行时崩溃。一般有两种方式实现。

   • 在public非虚函数的最前面增加判断this == nullptr，如果为true,那么抛出异常。可以声明的宏CHECK_NULL。这种方式就是麻烦，要程序员自己记住。C++的 避免内存安全问题的方式就是要程序员遵守规则。

   
   #define CHECK_NULL() if(this == nullptr) throw std::runtime_error("Null pointer dereference!");class A
   {public:A(const std::string& name) :name_(name) {}~A() {std::cout << "~A" << std::endl;}virtual void sayNo() {std::cout << "No " << std::endl;}void sayBye() {// -- 不要使用断言`assert`,因为在`Release`模式可能会被优化掉。CHECK_NULL();std::cout << "Bye " << std::endl;}private:std::string name_;
   };
   

   • 把方法声明为virtual，因为访问vtable虚函数表需要this解引用再调用方法。只要空指针this解引用就一定崩溃。如上边的sayNo方法。

3. 避免悬垂指针和空指针的有效方法就是避免操作裸指针，创建后就不用了。

例子

1. 这个例子再次细化了避免悬垂指针的方法。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>// -- 不允许直接访问指针.
#define CLOSE_UNIQUE_FILE(a,name) std::unique_ptr<FILE, int(*)(FILE*)> name(a,fclose);a=NULL;
#define FREE_UNIQUE_BUFFER(a,name) std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> name(buf, free);a=NULL;
#define DELETE_SHARE_CLASS(a,name) std::shared_ptr<std::remove_pointer_t<decltype(a)>> name(a, [](decltype(a) str) { delete str; });a=NULL;#define CHECK_NULL() if(this == nullptr) throw std::runtime_error("Null pointer dereference!");class A
{public:A(const std::string& name) :name_(name) {}~A() {std::cout << "~A" << std::endl;}virtual void sayNo() {std::cout << "No " << std::endl;}void say() {std::cout << "hello " <<  name_.c_str() << "!" << std::endl;}void sayYes(){std::cout << "Yes " << std::endl;}void sayBye() {// -- 不要使用断言`assert`,因为在`Release`模式可能会被优化掉。CHECK_NULL();std::cout << "Bye " << std::endl;}private:std::string name_;
};void TestMalloc()
{// 2. 有些`C`接口返回的`char*`类型;是通过`malloc`创建的.auto buf = (char*)malloc(32);FREE_UNIQUE_BUFFER(buf, spBuf);
}void TestWin32HANDLE()
{// 3. `Win32`对象WIN32_FIND_DATA findFileData;HANDLE hFind = FindFirstFile(L".\\*.*", &findFileData);if (hFind == INVALID_HANDLE_VALUE)return;std::shared_ptr<void> spFind(hFind, ::FindClose);
}void TestFILE()
{// 1. 使用`fopen_s`// -- 使用`unique_ptr`FILE* file = NULL;auto err = fopen_s(&file,"1.txt", "rb");if (err != 0)return;CLOSE_UNIQUE_FILE(file, spFile);
}void TestVoid()
{auto a = new A("infoworld");DELETE_SHARE_CLASS(a, spA);spA->say();// `NULL`指针调用非虚函数可能不崩溃，未定义行为。// -- 可能会崩溃，可能不会。a->sayYes();// -- 但是调用成员变量就会崩溃，因为要对`this`解引用访问成员变量,即对`NULL`解引用必然崩溃。//a->say();// -- 方法1：调用虚函数需要查找虚函数表，解引用`this`也必然崩溃。//a->sayNo();// -- 方法2：使用宏来判断`this`是否为`NULL`//    如果不捕抓，就会在运行时崩溃。try {a->sayBye();}catch (const std::exception& e) {std::cout << e.what() << std::endl;}}int main()
{std::cout << "Hello World!\n";TestFILE();TestMalloc();TestWin32HANDLE();TestVoid();
}

输出

Hello World!
hello infoworld!
Yes
Null pointer dereference!
~A

参考

1. 如何避免出现悬垂指针

2. decltype