C++ RAII
RAII是resource acquisition is initialization的缩写,意为“资源获取即初始化”。它是C++之父Bjarne Stroustrup提出的设计理念,其核心是把资源和对象的生命周期绑定,对象创建获取资源,对象销毁释放资源。在RAII的指导下,C++把底层的资源管理问题提升到了对象生命周期管理的更高层次。
说起来,RAII的含义倒也不算复杂。用白话说就是:在类的构造函数中分配资源,在析构函数中释放资源。这样,当一个对象创建的时候,构造函数会自动地被调用;而当这个对象被释放的时候,析构函数也会被自动调用。于是乎,一个对象的生命期结束后将会不再占用资源,资源的使用是安全可靠的。
C++ RAII体现出了简洁、安全、实时的特点:
1.概念简洁性:让资源(包括内存和非内存资源)和对象的生命周期绑定,资源类的设计者只需用在类定义内部处理资源问题,提高了程序的可维护性
2.类型安全性:通过资源代理对象包装资源(指针变量),并利用运算符重载提供指针运算方便使用,但对外暴露类型安全的接口
3.异常安全性:栈语义保证对象析构函数的调用,提高了程序的健壮性
4.释放实时性:和GC相比,RAII达到了和手动释放资源一样的实时性,因此可以承担底层开发的重任
也许你还在惊讶RAII如此简单的时候,关于RAII的主要内容已经介绍完了。简单不意味着简陋,在我看来RAII虽然不像GC一样,是一套具体的机制,但它蕴含的对象与资源关系的哲学深度的理解却使得我对Bjarne Stroustrup肃然起敬!
最后,不得不提醒RAII的理念固然简单,不过在具体实现的时候仍有需要小心的地方。比如对于STL的auto_ptr,可以视为资源的代理对象,auto_ptr对象间的赋值是一个需要特别注意的地方。简单说来资源代理对象间赋值的语义不满足“赋值相等”,其语义是资源管理权的转移。
什么是“赋值相等”呢?比如:
int a; int b = 10; a = b; //这句话执行后 a == b 但对于资源代理对象,这是不满足的,比如:
auto_ptr<int> a(null); auto_ptr<int> b(new int(123)); a = b; //这句话执行后a != b,赋值的语义是b把资源的管理权交给了a
auto_ptr是这样一种指针:它是“它所指向的对象”的拥有者。这种拥有具有唯一性,即一个对象只能有一个拥有者,严禁一物二主。当auto_ptr指针被摧毁时,它所指向的对象也将被隐式销毁,即使程序中有异常发生,auto_ptr所指向的对象也将被销毁。
关于auto_ptr的几种注意事项:
1、auto_ptr不能共享所有权。
2、auto_ptr不能指向数组
3、auto_ptr不能作为容器的成员。
4、不能通过赋值操作来初始化auto_ptr
std::auto_ptr<int> p(new int(42)); //OK
std::auto_ptr<int> p = new int(42); //ERROR
这是因为auto_ptr 的构造函数被定义为了explicit
5、不要把auto_ptr放入容器
下面便是在C++中实现RAII的典型代码:
class file
{
public:
file(string const& name) {
m_fileHandle=fopen(name.cstr());
}
~file() {
fclose(m_fileHandle);
}
//
private:
handle m_fileHandle;
}
很典型的“在构造函数里获取,在析构函数里释放”。如果我写下代码:
void fun1() {
file myfile("my.txt");
//操作文件
} //此处销毁对象,调用析构函数,释放资源
当函数结束时,局部对象myfile的生命周期也结束了,析构函数便会被调用,资源会得到释放。而且,如果函数中的代码抛出异常,那么析构函数也会被调用,资源同样会得到释放。所以,在RAII下,不仅仅资源安全,也是异常安全的。
但是,在如下的代码中,资源不是安全的,尽管我们实现了RAII:
void fun2() {
file pfile=new file("my.txt");
//操作文件
}
因为我们在堆上创建了一个对象(通过new),但是却没有释放它。我们必须运用delete操作符显式地加以释放:
void fun3() {
file pfile=new file("my.txt");
//操作文件
delete pfile;
}
否则,非但对象中的资源得不到释放,连对象本身的内存也得不到回收。(将来,C++的标准中将会引入GC(垃圾收集),但正如下面分析的那样,GC依然无法确保资源的安全)。
现在,在fun3(),资源是安全的,但却不是异常安全的。因为一旦函数中抛出异常,那么delete pfile;这句代码将没有机会被执行。
C++领域的诸位大牛们告诫我们:如果想要在没有GC的情况下确保资源安全和异常安全,那么请使用智能指针:
void fun4() {
auto_ptr<file> spfile(new file("my.txt"));
//操作文件
} //此处,spfile结束生命周期的时候,会释放(delete)对象
那么,智能指针又是怎么做到的呢?下面的代码告诉你其中的把戏(关于智能指针的更进一步的内容,请参考std::auto_ptr,boost或shared_ptr的智能指针)。
也就是说,智能指针通过RAII来确保内存资源的安全,也间接地使得对象上的RAII得到实施。不过,这里的RAII并不是十分严格:对象(所占的内存也是资源)的创建(资源获取)是在构造函数之外进行的。广义上,我们也把它划归RAII范畴。
但是,Matthew Wilson在《Imperfect C++》一书中,将其独立出来,称其为RRID(Resource Release Is Destruction)。
RRID的实施需要在类的开发者和使用者之间建立契约,采用相同的方法获取和释放资源。比如,如果在shared_ptr构造时使用malloc(),便会出现问题,因为shared_ptr是通过delete释放对象的。 (function(w, d, g, J) { var e = J.stringify || J.encode; d[g] = d[g] || {}; d[g]['showValidImages'] = d[g]['showValidImages'] || function() { w.postMessage(e({'msg': {'g': g, 'm':'s'}}), location.href); } })(window, document, '__huaban', JSON); (function(w, d, g, J) { var e = J.stringify || J.encode; d[g] = d[g] || {}; d[g]['showValidImages'] = d[g]['showValidImages'] || function() { w.postMessage(e({'msg': {'g': g, 'm':'s'}}), location.href); } })(window, document, '__huaban', JSON);
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