RAII

来自cppreference.com
< cpp‎ | language
 
 
C++ 语言
 

资源获取即初始化Resource Acquisition Is Initialization),或称 RAII,是一种 C++ 编程技术[1][2],它将必须在使用前请求的资源(分配的堆内存、执行线程、打开的套接字、打开的文件、锁定的互斥体、磁盘空间、数据库连接等——任何存在受限供给中的事物)的生命周期绑定与一个对象的生存期相绑定。

RAII 保证资源可用于任何会访问该对象的函数(资源可用性是一种类不变式,这会消除冗余的运行时测试)。它亦保证所有资源在其控制对象的生存期结束时,以获取顺序的逆序释放。类似地,若资源获取失败(构造函数以异常退出),则为已构造完成的对象和基类子对象所获取的所有资源,会以初始化顺序的逆序释放。这有效地利用了语言特性(对象生存期退出作用域初始化顺序以及栈回溯)以消除内存泄漏并保证异常安全。根据 RAII 对象的生存期在退出作用域时结束这一基本状况,此技术的另一名称是作用域界定的资源管理Scope-Bound Resource Management,SBRM)。

RAII 可总结如下:

  • 将每个资源封装入一个类,其中
  • 构造函数请求资源,并建立所有类不变式,或在它无法完成时抛出异常,
  • 析构函数释放资源并决不抛出异常;
  • 始终经由 RAII 类的实例使用满足要求的资源,该资源
  • 自身拥有自动存储期或临时生存期,或
  • 具有与自动或临时对象的生存期绑定的生存期

移动语义使得在对象间,跨作用域,以及在线程内外安全地移动所有权,而同时维护资源安全成为可能。

拥有 open()/close()、lock()/unlock(),或 init()/copyFrom()/destroy() 成员函数的类是非 RAII 类的典型的例子:

std::mutex m;
 
void bad() 
{
    m.lock();                    // 请求互斥体
    f();                         // 若 f() 抛异常,则互斥体永远不被释放
    if(!everything_ok()) return; // 提早返回,互斥体永远不被释放
    m.unlock();                  // 若 bad() 抵达此语句,互斥才被释放
}
 
void good()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m); // RAII类:互斥体的请求即是初始化
    f();                               // 若 f() 抛异常,则释放互斥体
    if(!everything_ok()) return;       // 提早返回,互斥体被释放
}                                      // 若 good() 正常返回,则释放互斥体

标准库

C++ 标准库遵循 RAII 管理其自身的资源:std::stringstd::vectorstd::thread,以及多数其他类在构造函数中获取其资源(错误时抛出异常),并在其析构函数中释放之(决不抛出),而不要求显式清理。

另外,标准库提供几种 RAII 包装器以管理用户提供的资源:

注解

RAII 不适用于并非在使用前请求的资源:CPU 时间、核心,以及缓存容量、熵池容量、网络带宽、电力消费、栈内存等。

引用

  1. Stroustrup's C++ FAQ 中的 RAII
  2. C++ 核心方针 E.6 “用 RAII 避免泄露”