在Cython中使用智能指针来处理动态分配的数组

Question

我正在编写一个Python包装器，用于调用具有以下签名的函数： double** foo(double** arrayIn, int dim1, int dim2); 我需要在Python包装器中构建arrayIn。一种可能的解决方案在这里给出。然而，由于Cython包括智能指针的支持，我更喜欢实现该解决方案。一种方法是使用malloc和带有自定义删除器的unique_ptr的组合。另一种（更简单）的解决方案是使用libcpp的allocator类。

import numpy as np
cimport numpy as np
from libcpp.memory cimport unique_ptr, allocator

def testArray(int dim1, int dim2):
    cdef allocator[double *] ptr_al
    cdef unique_ptr[double *] myptr
    cdef np.ndarray arr
    cdef double[:,:] carr

    myptr.reset(ptr_al.allocate(dim1))
    arr = np.ndarray((dim1,dim2),dtype=np.float64,order='C')
    carr = arr

    myptr.get()[0] = &carr[0,0]
    myptr.get()[1] = &carr[1,0]
    myptr.get()[2] = &carr[2,0]

这段代码可以正确编译和执行（使用Cython 24.1，Python 3.5，VS2015）。我的担忧是是否一切都会被正确地释放/垃圾回收。我理解Python对ndarray负责，而unique_ptr应该负责由allocator创建的double *[]。这是正确的吗？还是代码会造成内存泄漏？有没有办法验证所有内容是否已被正确释放？

- PaxRomana99

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应该注意，分配解决方案会破坏大于511个条目的数组堆。我已经为此创建了一个问题 (https://github.com/cython/cython/issues/1592)。我已经能够成功地实现第一个智能指针解决方案，没有任何问题。 - PaxRomana99

回复：错误报告：如果你有选择的话，切换到Py2.7可能会有所帮助（我敢打赌它的支持更成熟）- 我在Linux/GCC/Py2.7/Cy25.2上尝试过这个，并且对于所有类型的dim1都没有问题地运行。 - MWB

我在Linux/GCC4.8.4/Py3.5.2/Cy24.1上进行了测试，也没有出现问题。也许这是一个Windows的问题。 - PaxRomana99

Answer 1

这段代码会造成内存泄漏吗？

我认为不会泄漏。

有什么办法可以验证所有内容都已正确释放吗？

您可以在循环中调用testArray并查看进程内存是否呈线性增长或保持稳定。由于您知道dim1和dim2，如果某些内容未被正确释放，您可以估算出内存泄漏的大小。

在更复杂的情况下，还有其他测试内存泄漏的方法：有C库的调试版本，可以告诉您是否已释放了所有分配的内存。此外，还有像valgrind和clang的leaksanitizer等工具，但在您的情况下，建议使用循环方法。

- MWB

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我运行了循环100次，创建了一个100 x 100的双精度数组序列，进程内存大致保持不变。看起来这是一个干净的解决方案。 - PaxRomana99