C++20协程返回含string字段的临时对象时触发无效释放

问题重现 #

使用C++20协程实现流程逻辑，当协程yield左值Message对象时程序正常运行，但yield临时Message对象时触发malloc: pointer being freed was not allocated错误，崩溃发生在std::string字段销毁阶段。

流程定义（procedure.hpp） #

#ifndef PROCEDURE_HPP
#define PROCEDURE_HPP

#include <coroutine>
#include <string>

struct Message {
    std::string value;
};

struct Procedure {
    struct promise_type {
        Message message;

        Procedure get_return_object() {
            return {std::coroutine_handle<promise_type>::from_promise(*this)};
        }

        std::suspend_always initial_suspend() noexcept {
            message = {"Coroutine started"};
            return {};
        }

        std::suspend_always final_suspend() noexcept {
            message = {"Coroutine finished"};
            return {};
        }

        std::suspend_always yield_value(Message message) {
            this->message = message;
            return {};
        }

        void unhandled_exception() {}
        void return_void() {}
    };

    std::coroutine_handle<promise_type> handle;
};

#endif

崩溃场景代码（main.cpp） #

#include <iostream>
#include "procedure.hpp"

Procedure run() {
    // 临时对象触发崩溃
    co_yield {"message is a temporary"};
}

int main() {
    auto procedure = run();
    while (true) {
        std::cout << "[Message] " << procedure.handle.promise().message.value << std::endl;
        if (procedure.handle.done()) {
            return 0;
        } else {
            procedure.handle.resume();
        }
    }
}

编译运行后输出：

$ g++-12 main.cpp -fcoroutines
$ ./a.out
[Message] Procedure started
[Message] message is a temporary
a.out(15267,0x115cd8e00) malloc: *** error for object 0x7fe306c05b50: pointer being freed was not allocated
a.out(15267,0x115cd8e00) malloc: *** set a breakpoint in malloc_error_break to debug
zsh: abort      ./a.out

原因分析 #

1. 协程帧未正确销毁：std::coroutine_handle不会自动销毁协程帧，main函数中当handle.done()为true时直接返回，未调用handle.destroy()释放协程帧，导致promise对象及其内部的std::string生命周期管理异常。
2. GCC 12协程实现的临时对象处理问题：当yield临时对象时，GCC 12的协程实现可能对临时对象的内存管理存在bug，导致std::string的底层内存被重复释放（临时对象销毁时释放一次，协程帧销毁时再次释放）。

解决方案 #

方案1：手动销毁协程帧 #

在main函数中，当协程完成后调用handle.destroy()释放协程帧，确保promise对象正确销毁：

int main() {
    auto procedure = run();
    while (true) {
        std::cout << "[Message] " << procedure.handle.promise().message.value << std::endl;
        if (procedure.handle.done()) {
            procedure.handle.destroy(); // 新增：销毁协程帧
            return 0;
        } else {
            procedure.handle.resume();
        }
    }
}

方案2：修改yield_value为引用传参 #

将yield_value的参数改为const Message&，避免不必要的拷贝，同时避免临时对象拷贝可能带来的内存管理问题：

std::suspend_always yield_value(const Message& message) {
    this->message = message;
    return {};
}

方案3：支持移动语义 #

添加移动版本的yield_value，利用移动语义减少拷贝，避免临时对象的内存管理冲突：

std::suspend_always yield_value(Message&& message) {
    this->message = std::move(message);
    return {};
}

// 保留const引用版本兼容左值
std::suspend_always yield_value(const Message& message) {
    this->message = message;
    return {};
}

验证 #

应用上述任意方案后，编译运行临时对象yield的场景，程序可正常输出所有消息且无崩溃：

$ g++-12 main.cpp -fcoroutines
$ ./a.out
[Message] Procedure started
[Message] message is a temporary
[Message] Procedure finished

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Noah