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RAII机制_机制与机理的区别

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RAII机制_机制与机理的区别本文转载自：https://blog.csdn.net/wozhengtao/article/details/52187484前言    RAII的基本思想就是当对象的生命周期结束时，自动调用起析构函数。那以下将围绕RAII，全面的讲解RAII的相关知识。什么是RAII    RAII的英文全拼是…

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Jetbrains全家桶1年46，售后保障稳定

本文转载自：

https://blog.csdn.net/wozhengtao/article/details/52187484

前言

       RAII的基本思想就是当对象的生命周期结束时，自动调用起析构函数。那以下将围绕RAII，全面的讲解RAII的相关知识。

什么是RAII

       RAII的英文全拼是Resource Acquisition Is Initialization的简称，是C++ 语言的一种管理资源、避免内存泄露的方法。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，在起构造时获取对应的资源，在对象声明周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、避免资源泄露的方法。那么，用了这么久了，也写了这么多程序了，口头上经常说资源，那么资源如何定义呢。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。

       第一步和第二步缺一不可，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，就会造成资源泄露。

一个简单的例子：

    #include <iostream>   
    using namespace std;  
    int main()   
    {   
        int *testArray = new int [10];   
	    // Here, you can use the array   
	    delete [] testArray;   
	    testArray = NULL ;   
	    return 0;   
    }

Jetbrains全家桶1年46，售后保障稳定

       我们使用new开辟的内存资源，如果我们不进行释放的话，就会造成内存泄露。所以，在编程面试的时候，new和delete操作总是匹配操作的。如果总是申请资源而不释放资源，最终会导致资源全部被占用而没有资源可用的场景。但是，在实际的编程中，我们总是会各种不小心的就把释放操作忘了，就是编程的老手，在几千行代码，几万行代码中，也会犯这种低级的错误。

再来一个例子

#include <iostream> 
using namespace std; 
 
bool OperationA(); 
bool OperationB(); 
 
int main() 
{ 
	int *testArray = new int [10]; 
 
	// Here, you can use the array 
	if (!OperationA()) 
	{ 
		// If the operation A failed, we should delete the memory 
		delete [] testArray; 
		testArray = NULL ; 
		return 0; 
	} 
 
	if (!OperationB()) 
	{ 
		// If the operation A failed, we should delete the memory 
		delete [] testArray; 
		testArray = NULL ; 
		return 0; 
	} 
 
	// All the operation succeed, delete the memory 
	delete [] testArray; 
	testArray = NULL ; 
	return 0; 
} 
 
bool OperationA() 
 
{ 
	/* Do some operation, if the operate succeed, then return true, else return false */ 
	return false ; 
} 
 
bool OperationB() 
 
{ 
	/* Do some operation, if the operate succeed, then return true, else return false * 
	return true ; 
}

       上述这个例子的模型，在实际中是经常使用的，我们不能期待每个操作都是成功返回的，所以，每一个操作，我们需要做出判断，上述例子中，当操作失败时，然后，释放内存，返回程序。上述的代码，极度臃肿，效率下降，更可怕的是，程序的可理解性和可维护性明显降低了，当操作增多时，处理资源释放的代码就会越来越多，越来越乱。如果某一个操作发生了异常而导致释放资源的语句没有被调用，怎么办？这个时候，RAII机制就可以派上用场了。

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。现在，我们就用RAII机制来完成上面的例子。代码如下：

#include <iostream> 
using namespace std; 
 
class ArrayOperation 
{ 
public : 
	ArrayOperation() 
	{ 
		m_Array = new int [10]; 
	} 
 
	void InitArray() 
	{ 
		for (int i = 0; i < 10; ++i) 
		{ 
			*(m_Array + i) = i; 
		} 
	} 
 
	void ShowArray() 
	{ 
		for (int i = 0; i <10; ++i) 
		{ 
			cout<<m_Array[i]<<endl; 
		} 
	} 
 
	~ArrayOperation() 
	{ 
		cout<< "~ArrayOperation is called" <<endl; 
		if (m_Array != NULL ) 
		{ 
			delete[] m_Array;  // 非常感谢益可达非常犀利的review，详细可以参加益可达在本文的评论 2014.04.13
			m_Array = NULL ; 
		} 
	} 
 
private : 
	int *m_Array; 
}; 
 
bool OperationA(); 
bool OperationB(); 
 
int main() 
{ 
	ArrayOperation arrayOp; 
	arrayOp.InitArray(); 
	arrayOp.ShowArray(); 
	return 0;
}

       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：

/*
** FileName     : RAII
** Author       : Jelly Young
** Date         : 2013/11/24
** Description  : More information, please go to http://www.jellythink.com
*/
 
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <process.h>
 
using namespace std;
 
CRITICAL_SECTION cs;
int gGlobal = 0;
 
class MyLock
{
public:
	MyLock()
	{
		EnterCriticalSection(&cs);
	}
 
	~MyLock()
	{
		LeaveCriticalSection(&cs);
	}
 
private:
	MyLock( const MyLock &);
	MyLock operator =(const MyLock &);
};
 
void DoComplex(MyLock &lock ) // 非常感谢益可达犀利的review 2014.04.13
{
}
 
unsigned int __stdcall ThreadFun(PVOID pv) 
{
	MyLock lock;
	int *para = (int *) pv;
 
	// I need the lock to do some complex thing
	DoComplex(lock);
 
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		++gGlobal;
		cout<< "Thread " <<*para<<endl;
		cout<<gGlobal<<endl;
	}
	return 0;
}
 
int main()
{
	InitializeCriticalSection(&cs);
 
	int thread1, thread2;
	thread1 = 1;
	thread2 = 2;
 
	HANDLE handle[2];
	handle[0] = ( HANDLE )_beginthreadex(NULL , 0, ThreadFun, ( void *)&thread1, 0, NULL );
	handle[1] = ( HANDLE )_beginthreadex(NULL , 0, ThreadFun, ( void *)&thread2, 0, NULL );
	WaitForMultipleObjects(2, handle, TRUE , INFINITE );
	return 0;
}

       这个例子可以说是实际项目的一个模型，当多个进程访问临界变量时，为了不出现错误的情况，需要对临界变量进行加锁；上面的例子就是使用的Windows的临界区域实现的加锁。但是，在使用CRITICAL_SECTION时，EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection必须成对使用，很多时候，经常会忘了调用LeaveCriticalSection，此时就会发生死锁的现象。当我将对CRITICAL_SECTION的访问封装到MyLock类中时，之后，我只需要定义一个MyLock变量，而不必手动的去显示调用LeaveCriticalSection函数。
上述两个例子都是RAII机制的应用，理解了上面的例子，就应该能理解了RAII机制的使用了。

RAII的使用陷进

在使用RAII时，有些问题是需要特别注意的。容我慢慢道来。
先举个例子：

#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <process.h>
 
using namespace std;
 
CRITICAL_SECTION cs;
int gGlobal = 0;
 
class MyLock
{
public:
	MyLock()
	{
		EnterCriticalSection(&cs);
	}
 
	~MyLock()
	{
		LeaveCriticalSection(&cs);
	}
 
private:
	//MyLock(const MyLock &);
	MyLock operator =(const MyLock &);
};
 
void DoComplex(MyLock lock)
{
}
 
unsigned int __stdcall ThreadFun(PVOID pv)  
{
	MyLock lock;
	int *para = (int *) pv;
 
	// I need the lock to do some complex thing
	DoComplex(lock);
 
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		++gGlobal;
		cout<< "Thread " <<*para<<endl;
		cout<<gGlobal<<endl;
	}
	return 0;
}
 
int main()
{
	InitializeCriticalSection(&cs);
 
	int thread1, thread2;
	thread1 = 1;
	thread2 = 2;
 
	HANDLE handle[2];
	handle[0] = ( HANDLE )_beginthreadex(NULL , 0, ThreadFun, ( void*)&thread1, 0, NULL );
	handle[1] = ( HANDLE )_beginthreadex(NULL , 0, ThreadFun, ( void*)&thread2, 0, NULL );
	WaitForMultipleObjects(2, handle, TRUE , INFINITE );
	return 0;
}

       这个例子是在上个例子上的基础上进行修改的。添加了一个DoComplex函数，在线程中调用该函数，该函数很普通，但是，该函数的参数就是我们封装的类。你运行该代码，就会发现，加入了该函数，对gGlobal全局变量的访问整个就乱了。你有么有想过，这是为什么呢？网上很多讲RAII的文章，都只是说了这个问题，但是没有说为什么，在这里，我好好的分析一下这里。
       由于DoComplex函数的参数使用的传值，此时就会发生值的复制，会调用类的复制构造函数，生成一个临时的对象，由于MyLock没有实现复制构造函数，所以就是使用的默认复制构造函数，然后在DoComplex中使用这个临时变量。当调用完成以后，这个临时变量的析构函数就会被调用，由于在析构函数中调用了LeaveCriticalSection，导致了提前离开了CRITICAL_SECTION，从而造成对gGlobal变量访问冲突问题，如果在MyLock类中添加以下代码，程序就又能正确运行：

MyLock( const MyLock & temp ) 
{ 
    EnterCriticalSection(&cs); 
}

这是因为CRITICAL_SECTION允许多次EnterCriticalSection，但是，LeaveCriticalSection必须和EnterCriticalSection匹配才能不出现死锁的现象。
为了避免掉进了这个陷阱，同时考虑到封装的是资源，由于资源很多时候是不具备拷贝语义的，所以，在实际实现过程中，MyLock类应该如下：

class MyLock
{
public:
	MyLock()
	{
		EnterCriticalSection(&cs);
	}
 
	~MyLock()
	{
		LeaveCriticalSection(&cs);
	}
 
private:
	MyLock(const MyLock &);
	MyLock operator =(const MyLock &);
};

这样就防止了背后的资源复制过程，让资源的一切操作都在自己的控制当中。如果要知道复制构造函数和赋值操作符的调用，可以好好的阅读一下《深度探索C++对象模型这本书》。

总结

       说了这么多了，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，对象销毁时资源一定会被释放。说白了，就是拥有了对象，就拥有了资源，对象在，资源则在。所以，RAII机制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。在以后的编程实际中，可以使用RAII机制，让自己的代码更漂亮。

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