详解C++11 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，我们在编程使用系统资源时，都必须遵循一个步骤：

• 申请资源；
• 使用资源；
• 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，就会造成资源泄漏。

一个最简单的例子：

#include <iostream>

using namespace std;

int main(){
  int* arr = new int[10];

  //业务代码.....

  delete[] arr;
  arr = nullptr;
  return 0;
}      

如果程序很复杂的时候，需要为所有的new 分配的内存delete掉，导致效率下降，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。

使用RAII 机制的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Array
{
public:
  Array()
  {
    m_Array = new int[10];
    cout << "调用构造函数" << endl;
  }

  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]<<" ";
    }
    cout << endl;
  }

  ~Array()
  {
    cout << "~调用析构函数" << endl;
    if (m_Array != nullptr)
    {
      delete[] m_Array;  
      m_Array = nullptr;
    }
  }

private:
  int* m_Array;
};


int main()
{
  Array array;
  array.InitArray();
  array.ShowArray();
  return 0;
}      

不使用RAII（没有使用类的思想）的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

bool OperationA();
bool OperationB();

int main()
{
    int* testArray = new int[10];

    //使用数组的业务代码

    if (!OperationA())
    {
        delete[] testArray;
        testArray = NULL;
        return 0;
    }

    if (!OperationB())
    {
        delete[] testArray;
        testArray = nullptr;
        return 0;
    }

    delete[] testArray;
    testArray = nullptr;
    return 0;
}

bool OperationA()
{
    //
    //业务代码执行判断
    //
    return false;
}

bool OperationB()
{
    //
   //业务代码执行判断
   //
    return true;
}      

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：

#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);
    }
    MyLock(const MyLock&) = delete;
    MyLock operator =(const MyLock&) = delete;
};

void DoComplex(MyLock& lock)
{
}

unsigned int __stdcall ThreadFun(PVOID pv)
{
    // 利用lock变量构造加锁，析构解锁
    MyLock lock;
    int* para = (int*)pv;

    //业务代码.......

    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(nullptr, 0, ThreadFun, (void*)&thread1, 0, nullptr);
    handle[1] = (HANDLE)_beginthreadex(nullptr, 0, ThreadFun, (void*)&thread2, 0, nullptr);
    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。