RAII和unique_ptr

raii

raii是resource acquisition is

initialization的縮寫，是在面向對象（object-oriented）語言中使用的一種程式設計習慣，主要是用來在c++中處理異常安全資源管理（exception-safe

resource management）。

在raii中，資源的擷取和釋放和對象的聲明周期緊密聯系在一起，當對象構造的時候，在構造函數中申請資源（ resource

allocation），而在對象的析構函數中釋放資源（resource

deallocation），當析構函數正确執行時，就不會有資源洩露，這讓我想起了linux核心驅動，在編寫驅動的過程中，一般也是在init函數中申請資源，然後在exit函數中釋放資源，能夠避免資源洩露，是以這種思想普遍運用在程式設計中。

raii作為一種資源管理的技術主要有以下優點：

封裝性，因為将異常處理的邏輯寫到了構造和析構函數中，是以不用調用者關心怎麼對資源進行管理。

異常安裝，對于棧對象，當異常發生的時候，異常處理會在離開目前scope的時候，執行對象的析構函數，進而釋放記憶體。

可定位，能夠将資源申請和釋放的邏輯集中寫在構造和析構中，不會散亂在各個地方。

raii作為一種資源管理技術，主要運用于下面幾個地方： 1.

在多線程環境下控制同步鎖。在多線程中，為了線程間同步，經常要申請、釋放鎖，而有時候，經常會出現申請了，但是沒有或者由于異常等原因沒有釋放鎖，進而出現死鎖。對于這種申請、釋放鎖的共走，可以交給對象的構造和析構函數，這樣可以将申請、釋放封裝起來，并且保證了異常安全。

2. 檔案處理，一般在處理檔案的時候，我們都要先open-write/read-close，對于這種固定的結構，完成可以将read-write封裝起來。 3.

動态對象的所有權問題。針對動态對象的所有權，c++提供了<code>smart pointer</code>，其中<code>std::unique_ptr</code>針對單擁有權問題，而<code>std::shared_ptr</code>則是針對共享對象。

例子：

gnu針對c提供了一種非标準的擴充來支援raii：。下面是一個例子：

下面對前面提到的unique_ptr進行介紹。

unique_ptr是c++11新增的一個特性，作為一種新的smart pointer，主要用于管理隻有單一擁有權的動态對象。

基本用法：

unique_ptr有着智能指針的優點，在析構函數中會自動釋放資源。

在c++11之前有auto_ptr用來做動态對象的管理，但是複制auto_ptr會将控制權從右值轉移到左值，原先的右值将不再擁有對象的控制權，這和傳統的“複制”語義不符，而且由于這種複制語義，導緻了auto_ptr不能被用在标準的容器中。在c++11中出現了unique_ptr開解決這個問題。使用unique_ptr的時候，unique_ptr可以存儲在容器中，當容器析構的時候unique_ptr指向的對象也被釋放。

那c++11是怎麼解決不能存在在容器中的問題的呢？通過添加了rvalue reference和move語義。

rvalue reference是c++的一個小擴充，rvalue

reference允許coder避免邏輯上不必要的複制，并且提供了一個完美的轉發功能。主要目的是幫助設計高性能、健壯的庫。在中有對rvalue reference的介紹。那為什麼要引入rvalue

reference，引入rvalue reference解決了什麼問題呢？

傳遞給函數參數的時候，我們可以傳值或者傳引用。在c中，傳引用是通過傳遞指針，而指針實際上就是傳遞的一個位址，在c/c++中，記憶體模型就是申請一個box，然後在這個box中存放資料，而傳遞的時候就是傳遞這個box的位址，對于這個box怎麼管理進而引申出好多問題。但是不是所有的資料都有位址，譬如某些存放在寄存器中的資料，此時就沒有位址了，是以，對于有位址的資料我們叫做<code>lvalues</code>，而沒位址的資料叫<code>rvalues</code>。那實際中有哪些<code>rvalues</code>，譬如函數的傳回值，數值計算式等。

下面是一個例子：

上面這個是無法通過的，因為傳入的參數是右值，沒有位址，一個簡單的修改如下:

那為什麼編譯器不幫我們建立臨時變量，然後不再報錯呢？

讓我們想下，一般當參數是位址的時候，我們在函數内部是希望改變指向的對象的值，如：

此時我們如果傳入一個臨時變量，對于這個函數内部的操作就變的沒有意義了。是以，此時編譯器就會報錯，不允許将rvalue的位址傳入。

在c++中，除了指針外，還加入了引用，于是，上面的代碼可以重寫如下：

此時還是無法得到rvalue的引用（reference），但是有時候傳遞引用并不是為了改變其值，對于一些大的資料，傳遞引用可以減少開銷，此時并不對lvalue和rvalue有要求。是以，編譯器因該能夠允許傳遞rvalue的reference。

當我們不會改變傳遞進來的reference的值時，則傳遞進來lvalue或者rvalue都是可以的，是以，上面的代碼如果改成下面的：

此時看起來一切都挺好的，但是引入ato_ptr後，就會帶來一系列的問題。

現在總結下reference和lvalue和rvalue的關系：

reference可以綁定到lvalues

const reference可以綁定到lvalues和rvalues，但是不允許改變源值

上面看上去都挺好的，除了不能将reference綁定到rvalues，并且修改，但是誰又想要改變一個臨時的值呢？

auto_ptr是智能指針中的一員，用來自動釋放指向的記憶體塊，auto_ptr有value的語義，可以傳遞，在棧上建立，或者是其他資料的長成員，在傳遞給函數的時候是通過值傳遞，但是當auto_ptr進行值傳遞的時候，其指向的資料并不複制，這又像reference的行為，同時可以對auto_ptr使用*和-&gt;，就像指針一樣。

考慮下面的代碼：

考慮上面的代碼，在create（）内部，當結束的時候，剛離開scope的時候，如果不做什麼，編譯器會調用auto_ptr的析構函數，進而釋放記憶體；函數create傳回的是一個rvalue。

對于第一點，調用析構函數，我們希望将其賦給ap，此時因該調用拷貝構造函數，而對于右值有下面的兩個問題：

如果我們定義拷貝構造函數的source為const reference，則此時無法修改source，将擁有權轉移。

如果定義非const的reference，此時不能夠綁定到右值。

對于上面的問題，我們需要的是rvalue

reference，能夠綁定到rvalue，并且修改他。于是針對auto_ptr不能複制構造右值，出現了<code>unique_ptr</code>，<code>unique_ptr</code>有下面的複制構造函數：

rvalue reference能夠同時綁定到lvalue和rvalue，并且不阻止改變值。

auto_ptr還有一點問題是，不能夠存儲在大多數容器中，為什麼呢？考慮下面的一個例子：

而在容器中，會有臨時變量，一旦拷貝，則容器中的值将不再有所有權，這是嚴重的錯誤。

但是有時候我們又想要将控制權進行轉移，此時我們應該明确的告知說我們現在要轉移控制權了，是以不要再去使用原先的源了。

此處我們總結下rvalue和lvalue的不同，rvalue會在指派後消失，而lvalue則保持不變。我們看到上面的unique_ptr的複制構造函數：

這會同時綁定rvalue好lvalue，是以我們需要下面的一個重載函數：

重載rvalue，此時我們要做的就是将rvalue的構造私有化，現在unique_ptr隻保持轉移控制權的語義了，而當我們想要将一個lvalue轉移到unique_ptr的時候，此時使用move函數，

明确的将lvalue變為rvalue，move作用就是将一個lvalue轉成rvalue，

下面我們接着介紹unique_ptr，unique_ptr中unique在此處是指什麼呢？此處unique表示，當你建立一個對象的時候，隻會有一份拷貝，隻會有一個指針。

平時我們使用指針的時候，經常會碰到下面的情形：

首先建立一個對象，然後将指針傳遞給make_use，此時在make_use會對指針做什麼呢？make_use會拷貝指針，稍後使用嘛？或者make_use會釋放指針嗎？我們無法很好的回答這些問題，因為c++不能保證make_use對指針的使用規範，我們隻能通過檢查代碼來保證不會錯誤的時候指針。這些問題可以通過<code>unique_ptr</code>解決，隻保證一份拷貝，不會有其他拷貝。

現在我們使用指針的時候，将其放入到unique_ptr，保證擁有權是唯一的，不會隐式轉移，要轉移時通過明确的move函數将其轉成rvalue，進行轉移，此處，使用unique_ptr後，會帶來的一點不同是，我們将會傳遞引用，将其當做值來傳遞，如下面：

本文首先介紹了raii，即resource acquisition is

initialization一種資源安全管理的方式，然後引出了smart

point，随後又介紹了auto_ptr，早期對raii的一種嘗試，後來由于其存在的一些問題，通過介紹lvalue、rvalue的概念，最後在c++11中給出了解決方案，unique_ptr，并給出move語義，明确的将左值轉換為rvalue，進行控制權的轉移。

參考：

http://en.wikipedia.org/wiki/resource_acquisition_is_initialization

http://www.drdobbs.com/cpp/c11-uniqueptr/240002708

http://bartoszmilewski.com/2008/10/18/who-ordered-rvalue-references-part-1/