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C++ RAII

 

C++ RAII

    RAII是resource acquisition 
is initialization的縮寫,意為“資源獲取即初始化”。它是C++之父Bjarne Stroustrup提出的設(shè)計(jì)理念,其核心是把資源和對象的生命周期綁定,對象創(chuàng)建獲取資源,對象銷毀釋放資源。在RAII的指導(dǎo)下,C++把底層的資源管理問題提升到了對象生命周期管理的更高層次。
    說起來,RAII的含義倒也不算復(fù)雜。用白話說就是:在類的構(gòu)造函數(shù)中分配資源,在析構(gòu)函數(shù)中釋放資源。這樣,當(dāng)一個(gè)對象創(chuàng)建的時(shí)候,構(gòu)造函數(shù)會自動地被調(diào)用;而當(dāng)這個(gè)對象被釋放的時(shí)候,析構(gòu)函數(shù)也會被自動調(diào)用。于是乎,一個(gè)對象的生命期結(jié)束后將會不再占用資源,資源的使用是安全可靠的。
C
++ RAII體現(xiàn)出了簡潔、安全、實(shí)時(shí)的特點(diǎn):

1.概念簡潔性:讓資源(包括內(nèi)存和非內(nèi)存資源)和對象的生命周期綁定,資源類的設(shè)計(jì)者只需用在類定義內(nèi)部處理資源問題,提高了程序的可維護(hù)性
2.類型安全性:通過資源代理對象包裝資源(指針變量),并利用運(yùn)算符重載提供指針運(yùn)算方便使用,但對外暴露類型安全的接口
3.異常安全性:棧語義保證對象析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用,提高了程序的健壯性
4.釋放實(shí)時(shí)性:和GC相比,RAII達(dá)到了和手動釋放資源一樣的實(shí)時(shí)性,因此可以承擔(dān)底層開發(fā)的重任

也許你還在驚訝RAII如此簡單的時(shí)候,關(guān)于RAII的主要內(nèi)容已經(jīng)介紹完了。簡單不意味著簡陋,在我看來RAII雖然不像GC一樣,是一套具體的機(jī)制,但它蘊(yùn)含的對象與資源關(guān)系的哲學(xué)深度的理解卻使得我對Bjarne Stroustrup肅然起敬!

最后,不得不提醒RAII的理念固然簡單,不過在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候仍有需要小心的地方。比如對于STL的auto_ptr,可以視為資源的代理對象,auto_ptr對象間的賦值是一個(gè)需要特別注意的地方。簡單說來資源代理對象間賦值的語義不滿足“賦值相等”,其語義是資源管理權(quán)的轉(zhuǎn)移。

什么是“賦值相等”呢?比如:

int a;  int b = 10;  a = b; //這句話執(zhí)行后 a == b 但對于資源代理對象,這是不滿足的,比如:

auto_ptr
<int> a(null);  auto_ptr<int> b(new int(123));  a = b; //這句話執(zhí)行后a != b,賦值的語義是b把資源的管理權(quán)交給了a 

auto_ptr是這樣一種指針:它是“它所指向的對象”的擁有者。這種擁有具有唯一性,即一個(gè)對象只能有一個(gè)擁有者,嚴(yán)禁一物二主。當(dāng)auto_ptr指針被摧毀時(shí),它所指向的對象也將被隱式銷毀,即使程序中有異常發(fā)生,auto_ptr所指向的對象也將被銷毀。


關(guān)于auto_ptr的幾種注意事項(xiàng):
1、auto_ptr不能共享所有權(quán)。
2、auto_ptr不能指向數(shù)組
3、auto_ptr不能作為容器的成員。
4、不能通過賦值操作來初始化auto_ptr
std::auto_ptr
<int> p(new int(42));     //OK
std::auto_ptr<int> p = new int(42);    //ERROR
這是因?yàn)閍uto_ptr 的構(gòu)造函數(shù)被定義為了explicit
5、不要把a(bǔ)uto_ptr放入容器

下面便是在C
++中實(shí)現(xiàn)RAII的典型代碼:
class file
{
public:
    file(
string const& name) {
        m_fileHandle
=fopen(name.cstr());
    }
    
~file() {
        fclose(m_fileHandle);
    }
    
//
private:
    handle m_fileHandle;
}

很典型的“在構(gòu)造函數(shù)里獲取,在析構(gòu)函數(shù)里釋放”。如果我寫下代碼:   
void fun1() {
    file myfile(
"my.txt");
     
//操作文件
//此處銷毀對象,調(diào)用析構(gòu)函數(shù),釋放資源
當(dāng)函數(shù)結(jié)束時(shí),局部對象myfile的生命周期也結(jié)束了,析構(gòu)函數(shù)便會被調(diào)用,資源會得到釋放。而且,如果函數(shù)中的代碼拋出異常,那么析構(gòu)函數(shù)也會被調(diào)用,資源同樣會得到釋放。所以,在RAII下,不僅僅資源安全,也是異常安全的。

但是,在如下的代碼中,資源不是安全的,盡管我們實(shí)現(xiàn)了RAII:
void fun2() {
    file pfile
=new file("my.txt");
     
//操作文件
}
因?yàn)槲覀冊诙焉蟿?chuàng)建了一個(gè)對象(通過new),但是卻沒有釋放它。我們必須運(yùn)用delete操作符顯式地加以釋放:
void fun3() {
    file pfile
=new file("my.txt");
     
//操作文件
        delete pfile;
}
否則,非但對象中的資源得不到釋放,連對象本身的內(nèi)存也得不到回收。(將來,C
++的標(biāo)準(zhǔn)中將會引入GC(垃圾收集),但正如下面分析的那樣,GC依然無法確保資源的安全)。
現(xiàn)在,在fun3(),資源是安全的,但卻不是異常安全的。因?yàn)橐坏┖瘮?shù)中拋出異常,那么delete pfile;這句代碼將沒有機(jī)會被執(zhí)行。

C
++領(lǐng)域的諸位大牛們告誡我們:如果想要在沒有GC的情況下確保資源安全和異常安全,那么請使用智能指針:
void fun4() {
    auto_ptr
<file> spfile(new file("my.txt"));
     
//操作文件
//此處,spfile結(jié)束生命周期的時(shí)候,會釋放(delete)對象
那么,智能指針又是怎么做到的呢?下面的代碼告訴你其中的把戲(關(guān)于智能指針的更進(jìn)一步的內(nèi)容,請參考std::auto_ptr,boost或shared_ptr的智能指針)。
也就是說,智能指針通過RAII來確保內(nèi)存資源的安全,也間接地使得對象上的RAII得到實(shí)施。不過,這里的RAII并不是十分嚴(yán)格:對象(所占的內(nèi)存也是資源)的創(chuàng)建(資源獲?。┦窃跇?gòu)造函數(shù)之外進(jìn)行的。廣義上,我們也把它劃歸RAII范疇。
但是,Matthew Wilson在《Imperfect C
++》一書中,將其獨(dú)立出來,稱其為RRID(Resource Release Is Destruction)。
RRID的實(shí)施需要在類的開發(fā)者和使用者之間建立契約,采用相同的方法獲取和釋放資源。比如,如果在shared_ptr構(gòu)造時(shí)使用malloc(),便會出現(xiàn)問題,因?yàn)閟hared_ptr是通過delete釋放對象的。

posted on 2011-03-22 14:25 天下 閱讀(9450) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C/C++ 、C++必殺技法

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