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前言

RAII的含義是“資源獲取即初始化”。

一段看似安全的代碼

首先看一段代碼：

try{

int *p = new int[100];

// ... do something

delete[] p;

}catch(exception &e){

// .....

}

這段代碼中，我們先進(jìn)行了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，使用完釋放，看起來(lái)很完美，但是這段程序是否真的保證不會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏？

考慮這樣一種情形，程序在使用這段內(nèi)存的過(guò)程中throw一個(gè)異常，于是程序轉(zhuǎn)向catch塊，然后XXX。 這段內(nèi)存被釋放了嗎？ 顯然沒(méi)有。 那么這段程序應(yīng)該從哪里改進(jìn)呢？

對(duì)象的生命期

考慮一個(gè)問(wèn)題：C++中對(duì)象的聲明期是怎樣的？在C++中，對(duì)象創(chuàng)建的方式有兩種，一種是棧上，一種是堆上創(chuàng)建。

{

Animal a; // stack

Animal *pa = new Animal(); // heap

}

上面的代碼中，第一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建在棧上，更明確的說(shuō)法是它是一個(gè)局部變量，這意味著它的生命期起源于被創(chuàng)建的這行語(yǔ)句，終結(jié)與所在作用域的末尾，也就是這里的右花括號(hào)（}）。
而第二個(gè)對(duì)象呢？它是采用所謂的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配生成的，需要程序員手工去釋放，當(dāng)調(diào)用delete的時(shí)候才銷(xiāo)毀，但調(diào)用delete的時(shí)機(jī)不是固定的。
也就是說(shuō)，棧對(duì)象的生命期是明確的，而堆對(duì)象的生命期由于取決于調(diào)用delete的時(shí)機(jī)，因而是不明確的。

看到這里，之前那段有可能內(nèi)存泄漏的代碼如何去改進(jìn)呢？

答案就是用棧對(duì)象明確的生命期去管理資源。

用對(duì)象的生命期管理資源

試想一下，如果我們把之前程序中，對(duì)內(nèi)存的分配寫(xiě)在構(gòu)造函數(shù)中，把釋放資源寫(xiě)在析構(gòu)函數(shù)中，而棧對(duì)象的生命期是明確的，當(dāng)該管理資源的對(duì)象過(guò)期時(shí)，連同它管理的資源一起釋放，豈不是非常智能化？

我們嘗試著寫(xiě)出下列代碼：

class ScopePtr{

public:

ScopePtr(int *p):_p(p){

}

~ScopePtr(){

delete[] _p;

}

private:

int *_p;

};

我們把之前的代碼做如下的改進(jìn)：

try{

ScopePtr scope(new int[100]);

// ... do something

}catch(exception &e){

// .....

}

再來(lái)分析一下這段代碼：
如果正常執(zhí)行，那么當(dāng)執(zhí)行完try塊時(shí)，scope對(duì)象過(guò)期，執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，同時(shí)釋放了那段數(shù)組。如果使用的過(guò)程中發(fā)生了異常，那么當(dāng)程序進(jìn)入catch塊時(shí)，同樣會(huì)銷(xiāo)毀try內(nèi)的局部變量。
無(wú)論是哪種情況，內(nèi)存總是會(huì)被釋放。
如果這里不是int，而是其他復(fù)雜的類(lèi)型，使用這個(gè)封裝的ScopePtr是不是不太方便？顯然不會(huì)，我們?nèi)ブ剌d成員操作符就可以了，使它表現(xiàn)的像個(gè)指針，這就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的智能指針的產(chǎn)生。
問(wèn)題得到了完美的解決！

資源獲取即初始化

我們上面解決問(wèn)題的辦法就是RAII技術(shù)，RAII的含義是“資源獲取即初始化”，這個(gè)概念有兩個(gè)要點(diǎn)：

• 獲得資源后立即放進(jìn)管理對(duì)象
• 管理對(duì)象運(yùn)用析構(gòu)函數(shù)確保資源被釋放

看另外一個(gè)例子：我們?cè)谠L問(wèn)一些臨界區(qū)資源的時(shí)候通常需要加鎖，所以產(chǎn)生了下面的代碼：

{

mutex.lock();

//do sth..

mutex.unlock();

}

這種方式是很容易出現(xiàn)問(wèn)題的，例如程序中間遇見(jiàn)錯(cuò)誤情況需要退出這個(gè)函數(shù)，此時(shí)很容易忘記解鎖：

{

mutex.lock();

//do sth..

if(...){

return false // forgot to unlock

}

// ...

mutex.unlock();

}

此時(shí)如果再次進(jìn)行Lock操作，就造成了死鎖。
解決這個(gè)問(wèn)題的辦法仍然很簡(jiǎn)單，我們?nèi)?xiě)一個(gè)類(lèi)：

class MutexLockGuard{

public:

MutexLockGuard(MutexLock mutex):_mutex(mutex){

_mutex.lock();

}

~MutexLockGuard(){

_mutex.unlock();

}

private:

MutexLock &_mutex;

};

這樣剛才那段代碼就可以修改成：

{

MutexLockGuard guard(lock);

//do sth..

if(...){

return false

}

// ...

}

這樣，一旦離開(kāi)這段代碼，程序立刻自動(dòng)解鎖。
不過(guò)為了防止錯(cuò)誤使用這個(gè)類(lèi)，例如：

MutexLockGuard(lock);

可以定義一個(gè)宏：

#define MutexLockGuard(m) "ERR MutexLockGuard"

這樣我們?cè)阱e(cuò)誤使用的時(shí)候，編譯期間就能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

一種泛型解決方案

劉未鵬在他的《C++11（及現(xiàn)代C++風(fēng)格）和快速迭代式開(kāi)發(fā)》中提出了一種泛型實(shí)現(xiàn)，利用了C++11的function和Lambda匿名函數(shù)，如下：

class ScopeGuard

{

public:

explicit ScopeGuard(std::function<void()> onExitScope)

: onExitScope_(onExitScope), dismissed_(false)

{ }

~ScopeGuard()

{

if(!dismissed_)

{

onExitScope_();

}

}

void Dismiss()

{

dismissed_ = true;

}

private:

std::function<void()> onExitScope_;

bool dismissed_;

private: // noncopyable

ScopeGuard(ScopeGuard const&);

ScopeGuard& operator=(ScopeGuard const&);

};

使用方式也很簡(jiǎn)單：

HANDLE h = CreateFile(...);

ScopeGuard onExit([&] { CloseHandle(h); });

其實(shí)就是將該資源釋放的函數(shù)代碼段注冊(cè)到Scope類(lèi)，其中原理不再贅述。

與其他語(yǔ)言的對(duì)比

RAII是C++獨(dú)有的編程手段。通過(guò)RAII技術(shù)我們能夠做到資源不需要使用時(shí)立即釋放，這是其他GC語(yǔ)言所不具備的。
以Java為例，Java具有完善的GC（Garbage Collection，垃圾回收）機(jī)制，但是存在如下的缺點(diǎn)：

• GC只能回收內(nèi)存，而對(duì)于打開(kāi)的文件、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等仍然需要手工關(guān)閉。
• GC因?yàn)檫M(jìn)程優(yōu)先級(jí)等原因，回收效率底下，詳情可以參考孟巖的《垃圾收集機(jī)制(Garbage Collection)批判》

conclusion

RAII技術(shù)是現(xiàn)代C++編程技術(shù)中及其重要的一部分，甚至有人稱(chēng)其為“C++編程中最重要的編程技法”，可見(jiàn)其重要性。通過(guò)RAII，我們完全可以實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)化管理，寫(xiě)出永不內(nèi)存泄漏的程序。

參考資料

• 《C++ Primer》
• 《Effective C++》
• 《Linux多線程服務(wù)器端編程》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用RAII技术管理资源及其泛型实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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