C++RAII机制

什么是RAII？

RAII是Resource Acquisition Is Initialization（wiki上面翻译成 “资源获取就是初始化”）的简称，是C++语言的一种管理资源、避免泄漏的惯用法。利用的就是C++构造的对象最终会被销毁的原则。RAII的做法是使用一个对象，在其构造时获取对应的资源，在对象生命期内控制对资源的访问，使之始终保持有效，最后在对象析构的时候，释放构造时获取的资源。

为什么要使用RAII？

上面说到RAII是用来管理资源、避免资源泄漏的方法。那么，用了这么久了，也写了这么多程序了，口头上经常会说资源，那么资源是如何定义的？在计算机系统中，资源是数量有限且对系统正常运行具有一定作用的元素。比如：网络套接字、互斥锁、文件句柄和内存等等，它们属于系统资源。由于系统的资源是有限的，就好比自然界的石油，铁矿一样，不是取之不尽，用之不竭的，所以，我们在编程使用系统资源时，都必须遵循一个步骤：
1 申请资源；
2 使用资源；
3 释放资源。
第一步和第三步缺一不可，因为资源必须要申请才能使用的，使用完成以后，必须要释放，如果不释放的话，就会造成资源泄漏。

如何使用RAII?

当我们在一个函数内部使用局部变量，当退出了这个局部变量的作用域时，这个变量也就别销毁了；当这个变量是类对象时，这个时候，就会自动调用这个类的析构函数，而这一切都是自动发生的，不要程序员显示的去调用完成。这个也太好了，RAII就是这样去完成的。

由于系统的资源不具有自动释放的功能，而C++中的类具有自动调用析构函数的功能。如果把资源用类进行封装起来，对资源操作都封装在类的内部，在析构函数中进行释放资源。当定义的局部变量的生命结束时，它的析构函数就会自动的被调用，如此，就不用程序员显示的去调用释放资源的操作了。

使用RAII 机制的代码：

1.  
   #include <iostream>
2.  
   using namespace std;
3.  
    
4.  
   class ArrayOperation
5.  
   {
6.  
   public :
7.  
   ArrayOperation()
8.  
   {
9.  
   m_Array = new int [10];
10.  
    }
11.  
     
12.  
    void InitArray()
13.  
    {
14.  
    for (int i = 0; i < 10; ++i)
15.  
    {
16.  
    *(m_Array + i) = i;
17.  
    }
18.  
    }
19.  
     
20.  
    void ShowArray()
21.  
    {
22.  
    for (int i = 0; i <10; ++i)
23.  
    {
24.  
    cout<<m_Array[i]<<endl;
25.  
    }
26.  
    }
27.  
     
28.  
    ~ArrayOperation()
29.  
    {
30.  
    cout<< "~ArrayOperation is called" <<endl;
31.  
    if (m_Array != NULL )
32.  
    {
33.  
    delete[] m_Array;
34.  
    m_Array = NULL ;
35.  
    }
36.  
    }
37.  
     
38.  
    private :
39.  
    int *m_Array;
40.  
    };
41.  
     
42.  
    bool OperationA();
43.  
    bool OperationB();
44.  
     
45.  
    int main()
46.  
    {
47.  
    ArrayOperation arrayOp;
48.  
    arrayOp.InitArray();
49.  
    arrayOp.ShowArray();
50.  
    return 0;
51.  
    }

上面这个例子没有多大的实际意义，只是为了说明RAII的机制问题。下面说一个具有实际意义的例子：

1.  
   template<class... _Mutexes>
2.  
   class lock_guard
3.  
   { // class with destructor that unlocks mutexes
4.  
   public:
5.  
   explicit lock_guard(_Mutexes&... _Mtxes)
6.  
   : _MyMutexes(_Mtxes...)
7.  
   { // construct and lock
8.  
   _STD lock(_Mtxes...);
9.  
   }
10.  
     
11.  
    lock_guard(_Mutexes&... _Mtxes, adopt_lock_t)
12.  
    : _MyMutexes(_Mtxes...)
13.  
    { // construct but don't lock
14.  
    }
15.  
     
16.  
    ~lock_guard() _NOEXCEPT
17.  
    { // unlock all
18.  
    _For_each_tuple_element(
19.  
    _MyMutexes,
20.  
    [](auto& _Mutex) _NOEXCEPT { _Mutex.unlock(); });
21.  
    }
22.  
     
23.  
    lock_guard(const lock_guard&) = delete;
24.  
    lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
25.  
    private:
26.  
    tuple<_Mutexes&...> _MyMutexes;
27.  
    };

在使用多线程时，经常会涉及到共享数据的问题，C++中通过实例化std::mutex创建互斥量，通过调用成员函数lock()进行上锁，unlock()进行解锁。不过这意味着必须记住在每个函数出口都要去调用unlock()，也包括异常的情况，这非常麻烦，而且不易管理。C++标准库为互斥量提供了一个RAII语法的模板类std::lock_guard，其会在构造函数的时候提供已锁的互斥量，并在析构的时候进行解锁，从而保证了一个已锁的互斥量总是会被正确的解锁。上面的代码正式<mutex>>头文件中的源码，其中还使用到很多C++11的特性，比如delete/noexcept等，有兴趣的同学可以查一下。