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CvImage中的陷阱和BUG

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CvImage类的定义

class CV_EXPORTS CvImage
{
public:
 
	CvImage() : image(0), refcount(0) {}
 
	CvImage( CvSize size, int depth, int channels )
	{
		image = cvCreateImage( size, depth, channels );
		refcount = image ? new int(1) : 0;
	}
 
	CvImage( IplImage* img ) : image(img)
	{
		refcount = image ? new int(1) : 0;
	}
 
	~CvImage()
	{
		if( refcount && !(--*refcount) )
		{
			cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
		}
	}
 
	void attach( IplImage* img, bool use_refcount=true )
	{
		if( refcount )
		{
			if( --*refcount == 0 )
				cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
		}
		image = img;
		refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
	}
 
	void detach()
	{
		if( refcount )
		{
			if( --*refcount == 0 )
				cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
			refcount = 0;
		}
		image = 0;
	}
 
 
	CvImage& operator = (const CvImage& img)
	{
		if( img.refcount )
			++*img.refcount;
		if( refcount && !(--*refcount) )
			cvReleaseImage( &image );
		image=img.image;
		refcount=img.refcount;
		return *this;
	}
 
protected:
	IplImage* image;	// 实际影象
	int* refcount;		// 引用计数
};

CvImage类的相关代码在以下位置:

OpenCV\cxcore\include\cxcore.hpp
OpenCV\cxcore\src\cximage.cpp

这里给出的只是部分函数。

为了提高效率,CvImage采用的是引用计数。不过目前的CvImage实现中,引用计数机制存在bug。

关于引用计数

引用计数应该也可以叫写时复制技术。就是在复制一个数据时,先只是简单地复制数据的 指针(地址),只有在数据被修改的时候才真的进行数据的复制操作。写时复制技术对用户 是透明的,也就是说用户可以当作数据是真的复制了。

一般数据(或者是文件,类等)都会对应创建/销毁操作。因此,采用写时复制技术的数据 一般还对应一个计数,记录该数据被别人引用的次数。数据在第一次被创建的时候被设置为1, 以后每次被重复创建则增加1,如果是被销毁则减少1。再销毁数据减少引用计数的时候,如果 记录变为0则真的执行删除数据操作,否则的话只执行逻辑删除。

这里需要注意的一点是,每个引用计数和它对应的数据是绑定的。因此,任何一个引用计数都 不应该独立于数据存在。

CvImage中的引用计数机制

class CV_EXPORTS CvImage
{
	IplImage* image;
	int* refcount;
};

image指向影像数据的地址,refcount指向影像数据对应的引用计数的地址。需要强调的一点是, refcount指向的引用计数并不属于哪个类,而是属于image指向影像数据!任何将影像数据 和其对应的引用计数分离的操作都是错误的。

CvImage(IplImage* img)陷阱

假设有下面一个段代码:

IplImage *pIplImg = cvLoadImage("load.tiff");
{
	CvImage cvImg(pIplImg);
}
cvSaveImage("save.tiff", pIplImg);

虽然逻辑上好像没有错误,但再执行到cvSaveImage语句的时候却会产生异常!跟踪调试后发现, 原来pIplImg对应的数据在cvImg析构的时候被释放了!

仔细分析后会发现,CvImage将pIplImg对应的数据和它本身的refcount绑定到一起了。pIplImg 对应的数据虽然不属于CvImage,但是它却依据refcount对其进行管理,直到(*refcount)变为0 的时候私自释放了pIplImg影像。

对于这个问题,我不建议使用引用计数,因此可以将代码修改为:

CvImage( IplImage* img, bool use_refcount=false) : image(img)
{
	refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
}

在默认的时候不使用引用计数机制,用户自己维护img内存空间。

attach问题

void attach( IplImage* img, bool use_refcount=true )
{
	if( refcount )
	{
		if( --*refcount == 0 )
			cvReleaseImage( &image );
		delete refcount;
	}
	image = img;
	refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
}

attach是将一个IplImage影像绑定到CvImage。其中的一个陷阱和前面的CvImage类似:

IplImage *pIplImg = cvLoadImage("load.tiff");
{
	CvImage cvImg;
	cvImg.attach(pIplImg);
}
cvSaveImage("save.tiff", pIplImg);	// 异常

处理是方法是把参数use_refcount的默认值改为false。

除了和CvImage类型的陷阱外,attach本身还有一个bug!前面我们分析过,CvImage类中 refcount指向的空间和image指向的空间是绑在一起的。因此,if( --*refcount == 0 ) 语句中将cvReleaseImage( &image )和delete refcount分离的操作肯定是错误的!!

假设有以下代码:

IplImage *pIplImg = cvLoadImage("load.tiff");
{
	CvImage cvImg;
	cvImg.create(cvSize(600,400), 8, 1);	// 创建一个600*400的单字节单通道影像
 
	CvImage cvImgX(cvImg);			// 由cvImg拷贝构造cvImgX
	cvImgX.attach(pIplImg);
}
cvSaveImage("save.tiff", pIplImg);

代码将在执行完cvImgX.attach(pIplImg)语句后发生异常!

分析代码可以发现,cvImg.create先创建了一个影像,同时影像还对应一个引用计数。由于cvImgX 是有cvImg拷贝构造得到,因此cvImgX也保存了和cvImg一样的image和refcount。在接着执行的 attach中,cvImgX将refcount指向的空间释放(delete refcount)。注意,cvImgX和cvImg的refcount 对应同一个空间!!那么在,cvImg退出花括弧执行析构函数的时候,delete refcount语句就非法了!

修改bug后的attach代码:

void attach( IplImage* img, bool use_refcount=false )	// use_refcount默认值没有修改
{
	if( refcount )
	{
		if( --*refcount == 0 )
		{
			// 同时释放
 
			cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
		}
	}
	image = img;
	refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
}

由于CvImage中的许多函数都基于attach实现,因此没有修改use_refcount的默认值。detach中的问题 和attach相似,代码修改如下:

void detach()
{
	if( refcount )
	{
		if( --*refcount == 0 )
		{
			// 同时释放
 
			cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
		}
		refcount = 0;
	}
	image = 0;
}

重载操作符“=”时的内存泄漏

CvImage& operator = (const CvImage& img)
{
	if( img.refcount )
		++*img.refcount;
	if( refcount && !(--*refcount) )
		cvReleaseImage( &image );
	image=img.image;
	refcount=img.refcount;
	return *this;
}

假设有以下类似代码:

CvImage cvImg1, cvImg2;

cvImg1.create(cvSize(600,400), 8, 1);
cvImg2.create(cvSize(800,500), 8, 1);

cvImg1 = cvImg2;

虽然看着很清晰,但是该代码却存在内存泄漏!分析如下:

cvImg1先创建一个(600,400)大小的影像,默认还对应一个引用计数(refcount指向的空间)。cvImg2 也采用同样的方式创建一个类似的影像。注意:cvImg1和cvImg1中refcount指向的空间是不同的!!

下面执行“=”操作时,cvImg1的image空间被释放(cvReleaseImage( &image )),但是cvImg1的 refcount指向的空间却没有释放!然后,cvImg1的refcount指向了cvImg2的refcount。这样,cvImg1 的refcount指向内存就丢失了!

修改后的代码:

CvImage& operator = (const CvImage& img)
{
	if( img.refcount )
		++*img.refcount;
	if( refcount && !(--*refcount) )
	{
		cvReleaseImage( &image );
 
		// 释放refcount
 
		delete refcount;
	}
	image=img.image;
	refcount=img.refcount;
	return *this;
}

小节

虽然讲了这么多关于CvImage的陷阱和bug,单主要目的还是为了更好地使用CvImage。这里给出一个 建议:

在将IplImage数据和CvImage进行绑定,或者是基于IplImage数据构造CvImage对象的时候要清楚是否需要使用CvImage的引用计数技术(有哪些好处/坏处)

特别是attach默认是采用引用计数的(没改的理由前面已经说明)

附:修复的CvImage

class CV_EXPORTS CvImage
{
public:
 
	CvImage() : image(0), refcount(0) {}
 
	CvImage( CvSize size, int depth, int channels )
	{
		image = cvCreateImage( size, depth, channels );
		refcount = image ? new int(1) : 0;
	}
 
	// 修改
 
	CvImage( IplImage* img, bool use_refcount=false) : image(img)
	{
		refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
	}
 
	~CvImage()
	{
		if( refcount && !(--*refcount) )
		{
			cvReleaseImage( &image );
			delete refcount;
		}
	}
 
	// 修改
 
	void attach( IplImage* img, bool use_refcount=false )	// use_refcount默认值没有修改
	{
		if( refcount )
		{
			if( --*refcount == 0 )
			{
				// 同时释放
 
				cvReleaseImage( &image );
				delete refcount;
			}
		}
		image = img;
		refcount = use_refcount && image ? new int(1) : 0;
	}
 
	// 修改
 
	void detach()
	{
		if( refcount )
		{
			if( --*refcount == 0 )
			{
				// 同时释放
 
				cvReleaseImage( &image );
				delete refcount;
			}
			refcount = 0;
		}
		image = 0;
	}
 
	// 修改
 
	CvImage& operator = (const CvImage& img)
	{
		if( img.refcount )
			++*img.refcount;
 
		if( refcount && !(--*refcount) )
		{
			cvReleaseImage( &image );
 
			// 释放refcount
 
			delete refcount;
		}
 
		image=img.image;
		refcount=img.refcount;
		return *this;
	}
 
protected:
	IplImage* image;	// 实际影象
	int* refcount;		// 引用计数
};

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