動的確保されたメモリの管理

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動的確保されたメモリの管理

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/07/14 06:48 UTC 版)

「RAII」の記事における「動的確保されたメモリの管理」の解説

単純な例として、関数内で一時的な作業領域として配列を動的確保することを考える。単純な方法では、以下のようにnew[]演算子を使用する。 void function1A(size_t count) { double* array1 = NULL; double* array2 = NULL; try { // 配列を動的に確保する。メモリ確保失敗により std::bad_alloc 例外がスローされる可能性がある。 array1 = new double[count](); array2 = new double[count](); // 動的に確保した配列をここで作業領域として使用する。 for (size_t i = 0; i < count; ++i) { array1[i] = i * 0.1; array2[i] = i * 0.1; } // ... // 配列を使わなくなったので削除する。 delete[] array2; delete[] array1; } catch (...) { // 例外がスローされる場合に備える。 delete[] array2; delete[] array1; throw; // 例外の再送出。 }} これはC言語のmallocおよびfree関数による原始的な寿命管理手法に近い。もし動的に確保したメモリを削除する前に関数を抜けるとメモリリークしてしまうため、慎重に削除処理をひとつひとつ記述していく必要がある。動的にメモリ管理するオブジェクトの数が増えるにつれ、ソースコードのメンテナンスコストは増大していく。 一方、RAIIを利用した場合は以下のようになる。 // RAII を実現する配列ラッパークラス。template class ArrayWrapper { size_t m_count; T* m_data;public: ArrayWrapper() : m_count(), m_data() {} explicit ArrayWrapper(size_t count) : m_count(count), m_data(new T[count]()) {} ~ArrayWrapper() { delete[] m_data; } size_t count() const { return m_count; } T* data() { return m_data; } const T* data() const { return m_data; } T& operator[](size_t index) { return m_data[index]; } const T& operator[](size_t index) const { return m_data[index]; } // コピーは禁止とする。所有権の移動もサポートしない。private: ArrayWrapper(const ArrayWrapper&); ArrayWrapper& operator=(const ArrayWrapper&);};void function1B(size_t count) { ArrayWrapper array1(count); ArrayWrapper array2(count); // 動的に確保した配列をここで作業領域として使用する。 for (size_t i = 0; i < count; ++i) { array1[i] = i * 0.1; array2[i] = i * 0.1; } // ...} // RAII 変数 array1, array2 の属するブロックを抜ける。このとき array2, array1 の各デストラクタが順に呼ばれ、それぞれが内部で管理する配列メモリ領域は自動的に破棄される。 Boost C++ライブラリのboost::scoped_arrayを使う場合は以下のように書ける。 #include void function1C(size_t count) { boost::scoped_array array1(new double[count]()); boost::scoped_array array2(new double[count]()); for (size_t i = 0; i < count; ++i) { array1[i] = i * 0.1; array2[i] = i * 0.1; }} C++11以降のstd::unique_ptrを使う場合は以下のように書ける。 #include void function1D(size_t count) { std::unique_ptr array1(new double[count]()); std::unique_ptr array2(new double[count]()); for (size_t i = 0; i < count; ++i) { array1[i] = i * 0.1; array2[i] = i * 0.1; }} RAIIを使ってメモリ管理する場合、明示的な削除処理の記述が必要なくなり、コードの見通しやメンテナンス性が向上する。関数の途中でreturnしたり、例外がスローされたりする場合でも、後始末を自動的に実行してくれる。また、C++のテンプレートを利用することで、任意の型に対するRAIIを実現するラッパークラスを定義することができる。C++の標準テンプレートライブラリ (STL) には、RAIIの概念をもとに実装された汎用的な動的配列のクラステンプレートとして、std::vectorが用意されている。