C语言资源管理实践-DEFER
笔者近来和朋友谈论了有关C语言的资源管理方式，在ISO C中，资源管理一直都以很原始的方式进行——函数库提供open和close接口，由程序员亲自管理销毁资源的时机，更进一步无非是使用goto这样原始的关键字来去重。
GNU C 资源管理在GNU Extensions的加持下，我们有cleanup属性，可以为变量指定一个在离开作用域时自动执行的函数：
#include
void
fcleanup(FILE** fp)
{
printf("cleaning\n");
if (*fp) {
fclose(*fp);
}
}
int
main()
{
FILE* fp __attribute__((cleanup(fcleanup))) = fopen("file.txt", "w");
}fp离开作用域时，也就是主函数结束时，会自动运行fcleanup，如果使用-std=gnu23，那么也可以这么书写属性：
FILE* fp [[gnu::cleanup(fcleanup)]] = fopen("file.txt", "w");这个方案适用于clang和gcc，但缺点是我们需要为每个类型重写一个释放函数。
因为如果要释放FILE*类型的资源，我们需要用以FILE**为参数的函数
DEFER写过zig等语言的读者可能会了解defer这个关键字，简单来说，defer定义一段表达式，它会在离开当前作用域时执行：
const std = @import("std");
const print = std.debug.print;
pub fn main() !void {
defer print("exec third\n", .{});
if (false) {
defer print("will not exec\n", .{});
}
defer {
print("exec second\n", .{});
}
defer {
print("exec first\n", .{});
}
}zig用这种语法将资源申请和释放写在一起，这样既保证了不会遗漏释放流程，也确保了释放流程的可自定义性，我们希望C语言也能有类似的功能，该如何实现呢？
GNU Nested Function实际上，GNU C允许用户定义嵌套函数：
int
main() {
int foo() {
return 0;
}
return foo();
}这种特性只有gcc支持，clang不支持，甚至g++也不支持。
我们可以利用这个特性来封装一块代码块：
int
main()
{
void fcleanup(int**) {
// code block here
}
int* fcleanup_placeholder __attribute__((cleanup(fcleanup), unused)) = NULL;
}这样，我们写在函数中的代码就可以做出类似defer一样的行为，我们将该功能封装成宏：
// 用来生成不重复ID的工具宏
#define DEFER_CONCAT(a, b) DEFER_CONCAT_INNER(a, b)
#define DEFER_CONCAT_INNER(a, b) a##b
#define DEFER_UNIQUE_NAME(base) DEFER_CONCAT(base, __COUNTER__)
// DEFER 实现
#define DEFER_IMPL(fname, phname, ...) \
void fname(int**) \
{ \
__VA_ARGS__ \
} \
int* phname __attribute__((cleanup(fname), unused)) = NULL
#define DEFER(...) \
DEFER_IMPL(DEFER_UNIQUE_NAME(defer_block), \
DEFER_UNIQUE_NAME(defer_block_ph), \
__VA_ARGS__)测试一下：
int
main()
{
DEFER(printf("on exit\n"););
printf("in function body\n");
}输出：
in function body
on exitBlocks说完了gcc，我们来看clang，对于clang来说，没有嵌套函数这样方便的功能，但它有名为blocks的特性，通过-fblocks开启，它定义了一种新的函数指针，可以将代码块封装为函数：
int
main()
{
void(^fblock)(void) = ^{
printf("hello in block");
};
}这样的一个代码块可以作为函数被调用，那么，我们可以直接为它定义一个cleanup属性，让其在cleanup时调用自己：
void
defer_block_cleanup(void (^*block)(void))
{
if (*block) {
(*block)();
}
}
int
main()
{
void(^fblock)(void) __attribute__((cleanup(defer_block_cleanup), unused)) = ^{
printf("hello in block");
};
}同样将其封装为宏：
void
defer_block_cleanup(void (^*block)(void))
{
if (*block) {
(*block)();
}
}
#define DEFER(...) \
void (^DEFER_UNIQUE_NAME(defer_block))(void) \
__attribute__((cleanup(defer_block_cleanup), unused)) = (^{ \
__VA_ARGS__ })
#define DEFER_IF(cond, ...) DEFER(if (cond){ __VA_ARGS__ })能够做到和上面相同的效果。
这里也解释了为什么gcc的实现使用空指针，因为clang的实现必须占用一个函数指针，为了宏的效果相同，所以gcc版本使用指针占位符
写在后面本文代码仓库：cdefer
说实在的，这种实现高度依赖编译器特性，不应看作一种行之有效的解决方案，但无奈标准直到C23都没有进一步优化资源管理手段，文中提到的blocks、cleanup和defer等特性也是遥遥无期。
作为C语言爱好者，笔者真切希望标准能给出官方的新资源管理方案。