本文主要是介绍用RAII技术管理资源及其泛型实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
前言
RAII的含义是“资源获取即初始化”。
一段看似安全的代码
首先看一段代码:
try{
int *p = new int[100];
// ... do something
delete[] p;
}catch(exception &e){
// .....
}
这段代码中,我们先进行了动态内存分配,使用完释放,看起来很完美,但是这段程序是否真的保证不会发生内存泄漏?
考虑这样一种情形,程序在使用这段内存的过程中throw一个异常,于是程序转向catch块,然后XXX。 这段内存被释放了吗? 显然没有。 那么这段程序应该从哪里改进呢?
对象的生命期
考虑一个问题:C++中对象的声明期是怎样的?在C++中,对象创建的方式有两种,一种是栈上,一种是堆上创建。
{
Animal a; // stack
Animal *pa = new Animal(); // heap
}
上面的代码中,第一个对象创建在栈上,更明确的说法是它是一个局部变量
,这意味着它的生命期起源于被创建的这行语句,终结与所在作用域的末尾,也就是这里的右花括号(})。
而第二个对象呢?它是采用所谓的动态内存分配生成的,需要程序员手工去释放,当调用delete的时候才销毁,但调用delete的时机不是固定的。
也就是说,栈对象的生命期是明确
的,而堆对象的生命期由于取决于调用delete的时机,因而是不明确的。
看到这里,之前那段有可能内存泄漏的代码如何去改进呢?
答案就是用栈对象明确的生命期去管理资源
。
用对象的生命期管理资源
试想一下,如果我们把之前程序中,对内存的分配写在构造函数中,把释放资源写在析构函数中,而栈对象的生命期是明确的,当该管理资源的对象过期时,连同它管理的资源一起释放,岂不是非常智能化?
我们尝试着写出下列代码:
class ScopePtr{
public:
ScopePtr(int *p):_p(p){
}
~ScopePtr(){
delete[] _p;
}
private:
int *_p;
};
我们把之前的代码做如下的改进:
try{
ScopePtr scope(new int[100]);
// ... do something
}catch(exception &e){
// .....
}
再来分析一下这段代码:
如果正常执行,那么当执行完try块时,scope对象过期,执行析构函数,同时释放了那段数组。如果使用的过程中发生了异常,那么当程序进入catch块时,同样会销毁try内的局部变量。
无论是哪种情况,内存总是会被释放。
如果这里不是int,而是其他复杂的类型,使用这个封装的ScopePtr是不是不太方便?显然不会,我们去重载成员操作符就可以了,使它表现的像个指针,这就是一个最简单的智能指针
的产生。
问题得到了完美的解决!
资源获取即初始化
我们上面解决问题的办法就是RAII技术,RAII的含义是“资源获取即初始化”,这个概念有两个要点:
- 获得资源后立即放进管理对象
- 管理对象运用析构函数确保资源被释放
看另外一个例子:我们在访问一些临界区资源的时候通常需要加锁,所以产生了下面的代码:
{
mutex.lock();
//do sth..
mutex.unlock();
}
这种方式是很容易出现问题的,例如程序中间遇见错误情况需要退出这个函数,此时很容易忘记解锁:
{
mutex.lock();
//do sth..
if(...){
return false // forgot to unlock
}
// ...
mutex.unlock();
}
此时如果再次进行Lock操作,就造成了死锁。
解决这个问题的办法仍然很简单,我们去写一个类:
class MutexLockGuard{
public:
MutexLockGuard(MutexLock mutex):_mutex(mutex){
_mutex.lock();
}
~MutexLockGuard(){
_mutex.unlock();
}
private:
MutexLock &_mutex;
};
这样刚才那段代码就可以修改成:
{
MutexLockGuard guard(lock);
//do sth..
if(...){
return false
}
// ...
}
这样,一旦离开这段代码,程序立刻自动解锁。
不过为了防止错误使用这个类,例如:
MutexLockGuard(lock);
可以定义一个宏:
#define MutexLockGuard(m) "ERR MutexLockGuard"
这样我们在错误使用的时候,编译期间就能发现错误。
一种泛型解决方案
刘未鹏在他的《C++11(及现代C++风格)和快速迭代式开发》中提出了一种泛型
实现,利用了C++11的function和Lambda匿名函数,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&);
};
使用方式也很简单:
HANDLE h = CreateFile(...);
ScopeGuard onExit([&] { CloseHandle(h); });
其实就是将该资源释放的函数代码段注册到Scope类,其中原理不再赘述。
与其他语言的对比
RAII是C++独有的编程手段。通过RAII技术我们能够做到资源不需要使用时立即释放,这是其他GC语言所不具备的。
以Java为例,Java具有完善的GC(Garbage Collection,垃圾回收)机制,但是存在如下的缺点:
- GC只能回收内存,而对于打开的文件、数据库连接等仍然需要手工关闭。
- GC因为进程优先级等原因,回收效率底下,详情可以参考孟岩的《垃圾收集机制(Garbage Collection)批判》
conclusion
RAII技术是现代C++编程技术中及其重要的一部分,甚至有人称其为“C++编程中最重要的编程技法”,可见其重要性。通过RAII,我们完全可以实现资源的自动化管理,写出永不内存泄漏的程序。
参考资料
- 《C++ Primer》
- 《Effective C++》
- 《Linux多线程服务器端编程》
这篇关于用RAII技术管理资源及其泛型实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!