Со времён С++98 стандартные контейнеры и идиома RAII позволяли избегать использования оператора delete, что делало код более безопасным. С приходом С++11 и умных указателей отпала необходимость использовать оператор new, что позволило практически полностью переложить управление памятью на плечи компилятора. В докладе объясняется идеология управления памятью и ресурсами в современном С++.

1. C++ без new и delete
Матросов Михаил
mikhail.matrosov@gmail.com
Russian C++ User Group, Саратов, 2014

2. Вместо содержания
• Что?
– Писать код без new и delete в современном С++
• Как?
– Контейнеры STL
– std::make_shared, std::make_unique
– Cвои обёртки для своих умных указателей
• Почему?
– new и delete увеличивают сложность кода
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
2

3. Современный С++
• Современный С++ включает
– Возможности стандарта С++14
– Современные best practices
• C++14 is done!
– Рабочий черновик стандарта ISO/IEC
14882:2014(E) единогласно одобрен
– Полностью или частично поддерживается
всеми мажорными компиляторами
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
3

4. Что и как?
Общие рекомендации
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
4

5. Объекты в С
typedef struct ObjectTag
{
// Object members
} Object;
int InitObject(Object* io_pObject);
int UseObject(Object* io_pObject);
int ClearObject(Object* io_pObject);
void ObjectsInC()
{
Object* pObject;
pObject = malloc(sizeof(Object)); // Allocate memory
InitObject(pObject); // Establish invariants and acquire resources
UseObject(pObject); // Do the work
ClearObject(pObject); // Release resources
free(pObject); // Release memory
// By the way: error handling :-/
}
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
5

6. Объекты в С++
• Инкапсуляция:
– Конструкторы
– Деструкторы
– Методы
class Object
{
// Object members
public:
Object(); // Establish invariants and acquire resources
~Object(); // Release resources
void Use(); // Do the work
};
• Обработка ошибок:
– Исключения
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
6

7. Объекты в С++
• 2 лучше, чем 1
– управление ресурсами
// 1. Naive C++ style
Object* p = new Object(); // Allocate memory
p->Use(); // Do the work
delete p; // Release memory
• 3 лучше, чем 2
– unique_ptr делает всё, что и
auto_ptr, только лучше
• 4 лучше, чем 3
– основная тема доклада
// 2. More secure C++98 with RAII
std::auto_ptr<Object> ap(new Object()); // Allocate memory
ap->Use(); // Do the work
// 3. More secure C++11 with RAII
std::unique_ptr<Object> up(new Object()); // Allocate memory
up->Use(); // Do the work
// 4. New bullet-proof modern C++
auto up2 = std::make_unique<Object>(); // Create unique object
up2->Use(); // Do the work
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
7

8. Разделяемые объекты в С++
void UseObject(Object*); // Shall retain the object
void AcceptObject(Object*); // Shall delete the object
void ShareObject(std::shared_ptr<Object>); // Both cases
// Naive C++
Object* p = new Object();
p->Use();
UseObject(p); // Want to use object after call
p->Use();
AcceptObject(p); // No longer need the object
// C++98 & RAII
/* No way to say this! */
// Modern C++
auto sp = std::make_shared<Object>();
sp->Use();
ShareObject(sp); // Want to use object after call
sp->Use();
ShareObject(std::move(sp)); // No longer need the object
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
8

9. Объекты со счётчиком ссылок в С++
// Naive C++ (not used)
RefCounted* p = new RefCounted();
p->AddRef();
p->Use();
p->Release();
// C++98 & RAII
RefPtr<RefCounted> rp = new RefCounted();
rp->Use();
// Modern C++
auto rp2 = MakeRefPtr<RefCounted>();
rp2->Use();
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
9

10. Динамические массивы в С++
void UseArray(int*);
int n = 100;
// Naive C++
int* p = new int[n];
UseArray(p);
delete[] p;
// C++98 & RAII
std::vector<int> v(n);
UseArray(&v[0]);
// Modern C++
std::vector<int> v2(n);
UseArray(v2.data());
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
10

11. Почему?
Аргументация
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
11

12. Лучше == проще
• Немного авторитета:
– Главный технический императив разработки ПО –
управление сложностью [McConnel2004]
– Make Simple Tasks Simple! [Stroustrup2014]
– ≈99.9998% разработчиков – не эксперты [Sutter2014]
– Принцип KISS (Keep It Simple, Stupid)
• Что значит проще?
– Простые задачи должны решаться просто
– Сложные – не сложнее, чем необходимо
– Сначала – простота, затем – производительность
• Как сделать проще?
– Принцип DRY (Don’t Repeat Yourself)
– Принцип «по умолчанию» [Sutter2014]
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
12

13. Принцип «по умолчанию»
• Основная мысль:
– Известная задача ⇒ известное решение
• Преимущества:
– Взаимопонимание с другими разработчиками
– Уменьшение порога входа для новичков
– Меньше думать – продуктивная лень 
– Все те же, что и для правил кодирования
• “A tour of C++” [Stroustrup2013]
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
13

14. std::make_unique<T>() vs.
std::unique_ptr(new T)
int GenerateId();
std::pair<std::unique_ptr<Object>, int> MakeObjectWithIdWrong()
{
return std::make_pair(
std::unique_ptr<Object>(new Object()),
GenerateId());
}
std::pair<std::unique_ptr<Object>, int> MakeObjectWithIdRight()
{
return std::make_pair(
std::make_unique<Object>(), // Safe
GenerateId());
}
Дублирование
имени типа. DRY!
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
14
// May throw
// May leak!

15. std::make_shared<T>() vs.
std::shared_ptr(new T)
std::shared_ptr<Object> sp(new Object());
counter
Object
sp
Два выделения
памяти
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
15

16. std::make_shared<T>() vs.
std::shared_ptr(new T)
auto sp = std::make_shared<Object>();
Одно выделение памяти.
Оптимизация We Know Where
You Live [Lavavej2012].
counter Object
sp
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
16

17. std::make_shared и std::make_unique
• Плюсы обоих:
– Безопасность при исключениях
– Нет дублирования имени типа
• Плюсы std::make_shared:
– Одно обращение к менеджеру памяти
• Минусы есть, но несущественные:
– Нет формы для указания собственного аллокатора для std::unique_ptr
(для std::shared_ptr это std::allocated_shared)
– Опасность false sharing объекта и счётчика ссылок
[см. вопрос на StackOverflow]
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
17

18. Обобщаем
• delete по умолчанию не используется со
времён RAII и стандартных контейнеров
• new по умолчанию не используется при работе
со стандартной библиотекой
• Постараемся не использовать new при работе
с другими библиотеками
– Свои объекты со счётчиком ссылок
– Свои умные указатели
– Своё управление памятью
• Теперь и new по умолчанию не используется
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
18

19. Как?
Некоторые подробности использования
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
19

20. Объекты со счётчиком ссылок
• OpenSceneGraph
– Открытый 3D-движок под OpenGL на С++
– osg::Referenced – класс со счётчиком ссылок,
базовый для большинства классов
• ref() увеличивает счётчик
• unref() уменьшает счётчик и удаляет объект если
счётчик становится равен нулю
– osg::ref_ptr<T> – умный указатель
• вызывает ref() в конструкторе
• вызывает unref() в деструкторе
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
20

21. OSG: C++ & RAII
• Пример кода из [Wang2010, стр. 78]
• Идеально подходит для апгрейда
– Может быть выполнен автоматически
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> vertices = new osg::Vec3Array;
// Init vertices
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> normals = new osg::Vec3Array;
// Init normals
osg::ref_ptr<osg::Geometry> geom = new osg::Geometry;
geom->setVertexArray(vertices.get());
geom->setNormalArray(normals.get());
// Further init geometry and use it
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
21

22. OSG: Modern C++
namespace osg
{
template<typename T, typename... Args>
osg::ref_ptr<T> make_ref(Args&&... args)
{
return new T(std::forward<Args>(args)...);
}
}
auto vertices = osg::make_ref<osg::Vec3Array>();
// Init vertices
auto normals = osg::make_ref<osg::Vec3Array>();
// Init normals
auto geom = osg::make_ref<osg::Geometry>();
geom->setVertexArray(vertices.get());
geom->setNormalArray(normals.get());
// Further init geometry and use it
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
22

23. Своё управление памятью
• Qt
– Cross-platform application and UI framework
– QObject – класс, устанавливающий отношение
родства, базовый для большинства классов
• Имеет список детей, удаляет их в своём деструкторе
• Имеет ссылку на родителя, которая может быть null
• Может менять родителя в процессе жизни
– QSharedPointer – аналог std::shared_ptr
• Предоставляет QSharedPointer<T>::create() по
аналогии с std::make_shared<T>()
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
23

24. QObject
• Сценарии использования:
– Создание объекта в стеке
• Удаляется при выходе из блока
– Динамическое создание объекта с родителем
• Удаляется родителем
– Динамическое создание объекта без родителя
• Нужно указать родителя или удалить вручную
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
24

25. Qt::MakeChild
• Обёртка для безопасного сценария (см.
обсуждение).
• Теперь new означает небезопасный сценарий
namespace Qt
{
template<class T, class... Args>
T* MakeChild(Args&&... args)
{
T* pObject = new T(std::forward<Args>(args)...);
Q_ASSERT(pObject->parent() != nullptr);
return pObject;
}
}
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
25

26. Qt::MakeChild
MyWidget::MyWidget()
{
// Safe, created on the stack
QProgressDialog progress("In progress...", "Cancel", 0, 100);
// Safe, parent is specified
{
// Regular, valid since C++98
QPushButton* pButton = new QPushButton("Push me", this);
// Proposed, modern C++ style
auto pButton2 = Qt::MakeChild<QPushButton>("And me", this);
}
// Unsafe, parent is null, need manual delete
m_pDialog = new QDialog();
}
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
26

27. Необходимые возможности С++14
• Возможности языка:
– Точная передача (perfect forwarding)
– Шаблоны с переменным количеством
параметров (variadic templates)
• Возможности стандартной библиотеки:
– Умные указатели
– std::make_shared, std::make_unique
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
27
Можно обойтись
и без них
Можно написать
самому

28. Заключение
• Хороший код – простой код
• Принцип «по умолчанию» для упрощения
• Проблемы с delete давно известны
• Для стандартной библиотеки код без new
лучше, это объявляется подходом по
умолчанию – для упрощения
• new и delete теперь ассоциируются с
небезопасными операциями
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
28

29. Спасибо за внимание!
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
29

30. Библиография
[McConnell2004] McConnell, Steve, and Detlef Johannis. Code
complete. Vol. 2. Redmond: Microsoft press, 2004.
[Wang2010]Wang, Rui, and Xuelei Qian. OpenSceneGraph 3.0:
Beginner's guide. Packt Publishing Ltd, 2010.
[Lavavej2012] Lavavej, Stephan. STL11: Magic && Secrets. Going
Native, 2012.
[Stroustrup2013] Stroustrup, Bjarne. A Tour of C++. Addison-
Wesley, 2013.
[Stroustrup2014] Stroustrup, Bjarne. Make Simple Tasks Simple!
CppCon, 2014.
[Sutter2014] Sutter, Herb. Back to the Basics! Essentials of
Modern C++ Style. CppCon, 2014.
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
30

31. Принцип «по умолчанию»
Задача Решение по умолчанию
Передача параметров в функцию Pass by value or const&
См. [Sutter2014]
Возврат параметров из функции Return by value
См. [Sutter2014]
Массив произвольного размера?
Массив изменяющегося размера?
Список произвольных объектов?
std::vector
Массив фиксированного размера std::array
Действие над каждым элементом
контейнера
range-based for
Автоматическое управление
динамической памятью
std::make_unique или std::make_shared
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
31

32. Выражение намерения
• Что сделать, а не как сделать
• Более высокоуровневый код
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
32

33. Память – ресурс
std∷make_unique
new/delete
=
new/delete
malloc/free
=
std∷fstream
fopen/fclose
Матросов Михаил, С++ без new и delete,
Russian C++ User Group, Саратов, 2014
33