關於RAII的探討(資源獲取與洩漏)

需要注意資源獲取(宣告)後是否在該區段內就free掉

    The RAII Idiom[1]

作者: gocpp (cpp) 看板: C_and_CPP
標題: [心得] The RAII Idiom
時間: Sun Aug 14 13:43:46 2005


RAII 是什麼，或許 C++ 用了很久的人也沒聽過。不過即使沒聽過，
在程式中也應該早已大量應用 RAII 的手法了。

常有人問 C++ 與 C 有何不同，這個問題。簡單地說，C 語言支援的
是單純的程序導向（procedural based） 編程，而 C++ 除此之外還
支援

1.object-based
2.object-oriented
3.generic

這三種編程的觀念。學習 C++ 的時候，不要只侷限在這個 keyword 是
什麼意思，那個標準容器怎麼用（當然，這些還是要懂的），種種微末
細節。更重要的是，必須了解 C++ 所支援與 C 不同的設計概念，在接
觸一個新的語言機制或用法時，最好先了解它之所以「存在的目的」，
為什麼要用到這些手法，和舊的方法相比，「有什麼好處」，又「有什
麼限制」…等等，才是提高整體編程水平的捷徑。

本篇的主題 RAII，其實就是 C++ 所支援，而是 C 所缺乏的第一個主要
的概念： object-based（以物件為基礎的）編程。當然，object based
的範疇遠比 RAII 大的多，RAII 只是其中一部份，但卻是非常重要的一
部份。

RAII 指的是「Resource Acquisition Is Initialisation」，直接的意
思是：「資源獲得即初始化」。意即：一旦在程式中有「資源配置」的
行為，也就是一旦有「配置、釋放」的動作，就讓「配置」成為一個初
始化的動作，如此，釋放動作就變成自動的了（依物件的 scope 決定）。

簡單地說，RAII 就是善用 C++ class 的解構式（destroctor），來達成
資源自動管理的目的。簡單應用如下：

void f() // 一、使用 auto_ptr 避免手動 delete
{
  // 假設由於某種原因，TMemoryStream 必須以 new 的方式建立
  std::auto_ptr<TMemoryStream> p(new TMemoryStream);
  ...
  if (...) { throw 1; }
  ...
} // OK, 沒問題，一旦碰到右大括號，即使發生異常，p 也會正確被釋放。


void g() // 二、使用 vector 取代手動配置 array
{
  int N;
  std::cin >> N;
  std::vector<int> v(N);
  ...
  if (...) { throw 1; }
  ...
} // OK, 沒問題，即使發生異常，也不必操心 v 內部的記憶體管理


std::string g2() // 三、以回傳物件的方式，取代回傳函式內部 new 的物件的指標
{
  std::string s;
  ...
  return s;
} // OK, 外部模組不必擔心忘記釋放記憶體的問題。


以上三個例子都很簡單，看起來沒什麼，但這就是 RAII 的基本精神，

再舉個多緒程式的例子，普通是像這樣寫：

void f() // 未考慮「異常安全」的版本
{
  ...
  ThreadLock(...);
  ... // 在此區域內，不允許兩個執行緒同時進入。
  ThreadUnlock(...);
  ...
};

以上的程式看起來沒問題，但要是在 Lock 和 Unlock 之間，程式發生
異常（而且被上層處理掉了），Unlock 就沒被執行到，就出大事了。因
此，最保險的方法是應用 RAII 的精神，把「鎖定」和「解除」的功能
封裝起來：

struct Lock
{
  Lock(...) { ThreadLock(...); }
 ~Lock() { ThreadUnlock(...); }
  ...
};

如此，以上的 f 函式就可以改寫如下：

void f2() // RAII 版本
{
  ...
  {
    Lock lock(...);
    ...
  } // OK, 不管是否發生異常，lock 物件一旦至此就會被解構。
  ...
}

著名的 Loki 函式庫[2][3]中的處理多緒程式的幾個 class，就是用這種
方式設計的。

有些 C++ 編譯器支援類似 Java 或 C# 的 try __finally 的功能，
就是為了解決在複雜程式迴路下，資源配置和釋放的問題。但其實
對 C++ 來說是不需要的，只要善用 RAII 就可以了。只要僅記「資
源配置即初始化」，這個基本原則，解構式就是最自然最方便的自
動化資源管理機制。

對於RAII的解說[4]

Reference：
[1]https://www.ptt.cc/man/C_and_CPP/D8D2/DA94/DDBB/M.1127480790.A.3B6.html
[2]http://darkranger.no-ip.org/content/loki-software-1998-2001
[3]http://blog.monkeypotion.net/gameprog/advanced/profiling-in-pooled-allocation-techniques
[4]http://www.cppblog.com/jinq0123/archive/2008/05/20/50522.aspx