Modern C++ idiom3：RAII

当涉及到软件开发，资源管理是一个至关重要的方面。正确地获取和释放资源，如内存、文件句柄和网络连接，对于确保程序的高效和可靠运行至关重要。在C++中，资源获取即初始化（RAII）提供了一种强大而优雅的解决方案，用于自动管理资源。

什么是RAII？

RAII是C++编程技术，将资源的生命周期与对象的作用域绑定在一起。其核心思想是资源的获取发生在对象初始化期间，而资源的释放在对象超出作用域时自动处理。这确保了资源的获取和释放是可预测且安全的。

让我们深入了解RAII的关键组成部分：

1. 资源获取

RAII中的资源获取通常在类的构造函数中执行。这是资源被获取的地方，无论是内存分配、打开文件还是建立网络连接。通过将资源获取与对象初始化相关联，我们确保以受控的方式获取资源。

class FileHandler {
public:
    FileHandler(const std::string& filename) {
        file = std::fopen(filename.c_str(), "r");
        if (!file) {
            throw std::runtime_error("打开文件失败");
        }
    }

    // ... 其他成员函数 ...

private:
    FILE* file;
};

在这个例子中，FileHandler类在其构造过程中获取了文件句柄。

2. 资源释放

资源的释放在类的析构函数中处理。析构函数在对象超出作用域时自动调用，确保关联的资源被释放。

class FileHandler {
public:
    // ... 构造函数 ...

    ~FileHandler() {
        if (file) {
            std::fclose(file);
        }
    }

    // ... 其他成员函数 ...

private:
    FILE* file;
};

在这种情况下，析构函数检查文件句柄是否有效并关闭文件。

3. 作用域资源管理

RAII的威力在于根据对象的作用域自动管理资源。当对象在块内创建时，其析构函数在退出块时自动调用，确保资源即使在发生异常时也能够释放。

void processFile(const std::string& filename) {
    FileHandler fileHandler(filename);
    // 使用fileHandler执行文件操作
} // fileHandler的析构函数在此处调用，释放文件句柄

在此函数中，FileHandler对象在块的开头创建，其析构函数在退出块时自动调用。这确保文件句柄被释放，即使发生异常。

RAII使用样例一

std::lock_guard 是 C++ 中用于简化互斥锁管理的 RAII 类。std::lock_guard 能够确保在其作用域内对互斥锁进行自动上锁，并在作用域结束时自动释放锁，从而避免了手动管理锁的复杂性。

#include 
#include 
#include 

std::mutex myMutex;

void criticalSection() {
    std::lock_guard guard(myMutex);  // 在作用域内自动上锁，作用域结束时自动释放锁
    // 在这里进行临界区操作
}

int main() {
    std::thread t1(criticalSection);
    std::thread t2(criticalSection);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

在这个例子中，std::lock_guard 的对象 guard 被创建在 criticalSection 函数内。在 guard 对象的作用域内，myMutex 会被自动上锁。当 guard 对象超出作用域时（即 criticalSection 函数结束），myMutex 会自动释放。

RAII使用样例二

利用RAII思想写一个统计一段代码时长的类：

#ifndef PERF_SUM_H
#define PERF_SUM_H

#include 
#include 
#include 

class PerfSum {
public:
    PerfSum(const std::string& taskName="") : taskName(taskName) {
        start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    }

    ~PerfSum() {
        auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast(end - start);
        std::cout << taskName << " took " << duration.count() << " microseconds.\n";
    }

private:
    std::string taskName;
    std::chrono::high_resolution_clock::time_point start;
};

#endif // PERF_SUM_H

 23  void TestStdVec(){
 24      std::vector vec ;
 25      PerfSum t;
 26      for(int i=0;i<1000000;i++){
 27          vec.push_back(i);
 28      }
 29      std::cout<<"End"<

RAII的优势

1. 自动资源管理： RAII消除了显式资源管理代码的需要。资源基于对象的生命周期而自动获取和释放。

2. 异常安全性： 由于资源释放与对象销毁相关联，RAII提供了确保异常安全性的自然方式。如果发生异常，仍将调用析构函数，防止资源泄漏。

3. 清晰的所有权语义： 遵循RAII模式的对象具有清晰的所有权语义。获取资源的对象负责释放它，简化了资源管理的理解。

4. 简化资源清理： RAII通过将清理逻辑封装在类内部，简化了资源清理的过程。这种封装促进了模块化和可维护的代码。

结论

RAII是C++中用于管理资源的强大且广泛采用的技巧。通过将资源获取与对象初始化以及资源释放与对象销毁相关联，RAII为资源管理提供了一种自然而高效的机制。这种习惯促使代码变得更加可靠和高效，使软件开发变得更加顺利和愉快。