C++ 资源管理之 RAII

RAII，它是“Resource Acquisition Is Initialization”的首字母缩写。也称为“资源获取就是初始化”，是c++等编程语言常用的管理资源、避免内存泄露的方法。它保证在任何情况下，使用对象时先构造对象，最后析构对象。

RAII的好处在于它提供了一种资源自动管理的方式，当产生异常、回滚等现象时，RAII可以正确地释放掉资源。

当讲述C++资源管理时，Bjarne这样写道：

使用局部对象管理资源的技术通常称为“资源获取就是初始化”。这种通用技术依赖于构造函数和析构函数的性质以及它们与异常处理的交互作用。

RAII 技术：

我们在C++中经常使用new申请了内存空间，但是却也经常忘记delete回收申请的空间，容易造成内存溢出，于是RAII技术就诞生了，来解决这样的问题。

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制是Bjarne Stroustrup首先提出的，是一种利用对象生命周期来控制程序资源（如内存、文件句柄、网络连接、互斥量等等）的简单技术。

我们知道在函数内部的一些成员是放置在栈空间上的，当函数返回时，这些栈上的局部变量就会立即释放空间，于是Bjarne Stroustrup就想到确保能运行资源释放代码的地方就是在这个程序段（栈）中放置的对象的析构函数了，因为stack winding会保证它们的析构函数都会被执行。RAII就利用了栈里面的变量的这一特点。

Stack Winding & Unwinding

当程序运行时，每一个函数（包括数据、寄存器、程序计数器，等等）在调用时，都被映射到栈上。这就是 stack winding。

Unwinding 是以相反顺序把函数从栈上移除的过程。

正常的 stack unwinding 发生在函数返回时；不正常的情况，比如引发异常，调用setjmp和longjmp，也会导致 stack unwinding。

可见 stack unwinding 的过程中，局部对象的析构函数将逐一被调用。这也就是 RAII 工作的原理，它是由语言和编译器来保证的。

RAII 的一般做法是这样的：在对象构造时获取资源，接着控制对资源的访问使之在对象的生命周期内始终保持有效，最后在对象析构的时候释放资源。借此，我们实际上把管理一份资源的责任托管给了一个存放在栈空间上的局部对象。
这种做法有两大好处： 
(1)不需要显式地释放资源。 
(2)采用这种方式，对象所需的资源在其生命期内始终保持有效。

首先让我们来明确资源的概念，在计算机系统中，资源是数量有限且对系统正常运转具有一定作用的元素。

比如，内存，文件句柄，网络套接字（network sockets），互斥锁（mutex locks）等等，它们都属于系统资源。

由于资源的数量不是无限的，有的资源甚至在整个系统中仅有一份，因此我们在使用资源时必须严格遵循的步骤是：

• 获取资源
• 使用资源
• 释放资源

例子：

void Func()
{
  FILE *fp;
  char* filename = "test.txt";
  if((fp=fopen(filename,"r"))==NULL)
  {
      printf("not open");
      exit(0);
  }
  ... // 如果 在使用fp指针时产生异常 并退出
       // 那么 fp文件就没有正常关闭  

  fclose(fp);
}

在资源的获取到释放之间，我们往往需要使用资源，但常常一些不可预计的异常是在使用过程中产生，就会使资源的释放环节没有得到执行。

此时，就可以让RAII惯用法大显身手了。

RAII的实现原理很简单，利用stack上的临时对象生命期是程序自动管理的这一特点，将我们的资源释放操作封装在一个临时对象中。

具体示例代码如下：

class Resource{};
class RAII{
public:
    RAII(Resource* aResource):r_(aResource){} //获取资源
    ~RAII() {delete r_;} //释放资源
    Resource* get()    {return r_ ;} //访问资源
private:
    Resource* r_;
};

void UseResources()
{
    // 获取资源1
    // ...
    // 获取资源n
   
    // 使用这些资源
   
    // 释放资源n
    // ...
    // 释放资源1
}

不难看出资源管理技术的关键在于：要保证资源的释放顺序与获取顺序严格相反。

这自然使我们联想到局部对象的创建和销毁过程。在C++中，定义在栈空间上的局部对象称为自动存储（automatic memory）对象。

管理局部对象的任务非常简单，因为它们的创建和销毁工作是由系统自动完成的。

我们只需在某个作用域（scope）中定义局部对象（这时系统自动调用构造函数以创建对象），然后就可以放心大胆地使用之，而不必担心有关善后工作；当控制流程超出这个作用域的范围时，系统会自动调用析构函数，从而销毁该对象。

读者可能会说：如果系统中的资源也具有如同局部对象一样的特性，自动获取，自动释放，那该有多么美妙啊！。事实上，您的想法已经与RAII不谋而合了。既然类是C++中的主要抽象工具，那么就将资源抽象为类，用局部对象来表示资源，把管理资源的任务转化为管理局部对象的任务。这就是RAII惯用法的真谛！可以毫不夸张地说，RAII有效地实现了C++资源管理的自动化。

综上所述，RAII的本质内容是用对象代表资源，把管理资源的任务转化为管理对象的任务，将资源的获取和释放与对象的构造和析构对应起来，从而确保在对象的生存期内资源始终有效，对象销毁时资源必被释放。

换句话说，拥有对象就等于拥有资源，对象存在则资源必定存在。由此可见，RAII惯用法是进行资源管理的有力武器。C++程序员依靠RAII写出的代码不仅简洁优雅，而且做到了异常安全。

参考：http://blog.csdn.net/doc_sgl/article/details/43028009

http://www.cnblogs.com/hsinwang/articles/214663.html

http://blog.csdn.net/hunter8777/article/details/6327704