淺談RAII慣用法
軟件開發(fā)中，會用到各種各樣的資源。狹義的資源指內(nèi)存，而廣義的資源包括文件、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)庫連接、信號量、事件、線程、內(nèi)存等，甚至可以是狀態(tài)。資源獲取后由于種種原因?qū)е?**不能釋放的資源稱為資源泄漏。針對資源泄漏，提出了各種各樣的軟件機制和程序設(shè)計慣用法,如垃圾收集、RRID[1]、RAII、確定性資源清理等。
RAII是C++語言的一種管理資源、避免泄漏的慣用法。C++標準保證任何情況下，已構(gòu)造的對象最終會銷毀，即它的析構(gòu)函數(shù)最終會被調(diào)用。簡單的說，RAII 的做法是使用一個對象，在其構(gòu)造時獲取資源，在對象生命期控制對資源的訪問使之始終保持有效，***在對象析構(gòu)的時候釋放資源。
本文簡單介紹RAII的分類以及如何使用RAII,以使代碼安全地管理資源。
RAII的分類
根據(jù)RAII對資源的所有權(quán)可分為常性類型和變性類型，代表者分別是boost：shared_ptr<>[2]和std：：auto_ptr<>；從所管資源的初始化位置上可分為外部初始化類型和內(nèi)部初始化類型。
常性類型是指獲取資源的地點是構(gòu)造函數(shù)，釋放點是析構(gòu)函數(shù)，并且在這兩點之間的一段時間里，任何對該RAII類型實例的操縱都不應(yīng)該從它手里奪走資源的所有權(quán)。變性類型是指可以中途被設(shè)置為接管另一個資源，或者干脆被置為不擁有任何資源。外部初始化類型是指資源在外部被創(chuàng)建，并被傳給RAII實例的構(gòu)造函數(shù)，后者進而接管了其所有權(quán)。boost：shared_ptr<>和std：：auto_ptr<>都是此類型。與之相對的是內(nèi)部初始化類型。
其中，常性且內(nèi)部初始化的類型是最為純粹的RAII形式，最容易理解，最容易編碼。
RAII實際應(yīng)用
每當處理需要配對的獲?。尫藕瘮?shù)調(diào)用的資源時，都應(yīng)該將資源封裝在一個對象中，實現(xiàn)自動資源釋放。例如，我們無需直接調(diào)用一對非成員函數(shù)OpenPort/ClosePort，而是可以考慮定義常性且內(nèi)部初始化的RAII概念的“端口”操作類：
- class Port{
- public:
- Port(const string& destination);//調(diào)用OpenPort
- ~Port();//調(diào)用ClosePort
- };
- void DoSomething(){
- Port port1(“server1:80”);
- …
- }
- shared_ptr<Port> post2 = /*…*/; //port2在***一個引用它的
- //shared_ptr離開作用域后關(guān)閉
通過使用上述RAII類型，可以避免程序員忘記關(guān)閉端口而引起的泄漏，還可以確保異常發(fā)生時棧展開過程中自動釋放端口資源。
RAII與STL容器
STL容器是基于值語義的，在容器內(nèi)部，對象是常被復(fù)制的。如果RAII類型需要存入STL容器，需要作一些處理。
- class Resource
- {
- public:
- Resource() {/*分配資源*/}
- ~ Resource() {/*釋放資源*/}
- private:
- int handle;
- };
- std::map< Identifier, Resource > resourceMap;
以上代碼中STL容器對Resource的復(fù)制將導(dǎo)致運行期錯誤。***的方法是讓RAII類型繼承于boost::noncopyable[2]，而后在容器中使用引用計數(shù)的指針：
- class Resource : public boost::noncopyable
- {
- public:
- Resource() {/*分配資源*/}
- ~ Resource() {/*釋放資源*/}
- private:
- int handle;
- };
- typedef boost::shared_ptr<Resource> PointerToResourceType;
- typedef std::map< Identifier, PointerToResourceType> ResourceMapType;
- ResourceMapType resourceMap;
作為替代，還可以使用非拷貝行為的容器：boost::ptr_map<Identifier,Resource> map;
域守衛(wèi)類
廣義的資源可代表狀態(tài)。這時，域守衛(wèi)類（scoping classes）所帶來的安全價值是無法衡量的。例如：對于在多線程應(yīng)用中用于同步線程的Mutex，ScopedLock類用于實現(xiàn)鎖／解鎖的操作：
- class ScopedLock {
- public:
- explicit ScopedLock (Mutex& m) : mutex(m) { mutex.lock(); locked = true; }
- ~ScopedLock () { if (locked) mutex.unlock(); }
- void unlock() { locked = false; mutex.unlock(); }
- private:
- ScopedLock (const ScopedLock&);
- ScopedLock& operator= (const ScopedLock&);
- Mutex& mutex;
- bool locked;
- };
當ScopedLock實例對象被創(chuàng)建時，mutex就被鎖定了，而當實例作用域生命期結(jié)束時mutex隱式釋放。通過這種方法避免了忘記釋放的鎖，從而避免了此原因所引起的死鎖和崩潰。
- {
- ScopedLock locker(mtx);
- …
- } // 自動釋放
為每一種資源建立一個RAII類型會使代碼顯得冗長且容易出錯。使用ScopeGuard模板類能夠?qū)懗龊唵?、異常安全和避免資源泄漏的代碼。
- {
- void *buffer = std::malloc(1024);
- ScopeGuard freeIt = MakeGuard(std::free, buffer);
- FILE *fp = std::fopen("afile.txt");
- ScopeGuard closeIt = MakeGuard(std::fclose, fp);
- …
- }
總結(jié)
RAII的核心思想是使用對象管理資源，對象“消亡”則自動釋放資源。理解和使用RAII能使軟件設(shè)計更清晰，代碼更健壯。與大名鼎鼎的垃圾收集(GC)不同的是，RAII可管理廣義的資源，而垃圾收集只關(guān)注“內(nèi)存泄漏”，不關(guān)心諸如文件句柄、同步對象等一些系統(tǒng)資源的泄漏問題。RAII能使程序員確定資源釋放的時機，這也正是C++/CLI引入確定性資源清理的原因。
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