我可以在 C 中 free() 一些已经在 C++ 中 malloc() 过的东西吗？

Question

我正在为用 C++ 编写的库编写一个包装器，以便可以从 C 中使用它。在包装器代码中，我制作了 C++ 容器底层数据的大量副本。例如。如果 C++ 库函数返回

std::vector<int>

，我的包装器将返回

{size_t len; size_t size; void *arr;}

形式的结构，其中

arr

包含向量中数据的副本。当用户使用完数据后，他们必须释放它。

我的问题是：用户（C 代码）在 C++ 中已 free():d 的指针上调用

malloc()

是否

总是

合法？或者我必须在我的包装器代码中创建一个等效的函数吗？

Answer 1

您可以混合使用 C++ 的

std::malloc

和 C 的

free

C++中的

std::malloc

在

<cstdlib>

中定义，据说它与C中的

<stdlib.h>

具有相同的内容和含义（有一些变化，例如命名空间）。 这意味着您可以在 C++ 中使用

std::malloc

分配一些内存，并将其传递给某个调用

free

的 C 函数。

C++ 标准库不使用

std::malloc

话虽如此，使用

free

来分配像您建议的

std::vector

这样的内存是不安全的。 所有进行内存分配的容器默认使用

std::allocator

，它使用

operator new

。

混合

new

和

free

将是未定义的行为，即使获取和释放内存的底层操作系统函数是相同的。

如何在C中使用

std::vector

// C23
struct vector {
    alignas(void*) unsigned char data[3 * sizeof(void*)];
};

void vector_init(struct vector*);
void vector_push(struct vector*, int element);
void vector_destroy(struct vector*);

int main() {
    vector v;
    vector_init(&v);
    vector_push(&v, 42);
    vector_destroy(&v);
}

到目前为止，我们基本上只是定义了一个

struct vector

来包含一定数量的字节和三个不透明函数。所有代码都是C23兼容的，我们可以用C++实现实际功能。

// C++20
static_assert(alignof(vector::data) >= alignof(std::vector));
static_assert(sizeof(vector::data) >= sizeof(std::vector));

extern "C" {

void vector_init(struct vector* v) {
    std::construct_at(reinterpret_cast<std::vector<int>*>(v->data));
}
void vector_destroy(struct vector* v) {
    std::destroy_at(reinterpret_cast<std::vector<int>*>(v->data));
}
void vector_push(struct vector* v, int element) {
    auto* vec = std::launder(reinterpret_cast<std::vector<int>*>(v->data));
    vec->push_back(element);
}

}

C++ 端使用

std::construct_at

（或者在 C++20 之前，您可以使用新的放置）。我们在

std::vector

的原始字节中创建一个

vector::data

。 请注意，我们在此代码中的任何位置都没有调用

new

、

delete

、

malloc

或

free

。

std::vector

仍然负责所有内存管理。