C++惯用法之RAII思想: 资源管理

news2024/12/23 12:28:48

C++编程技巧专栏：http://t.csdnimg.cn/eolY7

目录

1.概述

 2.RAII的应用

2.1.智能指针

2.2.文件句柄管理

2.3.互斥锁

3.注意事项

3.1.禁止复制

3.2.对底层资源使用引用计数法

3.3.复制底部资源(深拷贝)或者转移资源管理权(移动语义)

4.RAII的优势和挑战

5.总结

1.概述

        RAII是Resource Acquisition Is Initialization的缩写，即“资源获取即初始化”。RAII原则的基本思想是将资源的生命周期与对象的生命周期绑定在一起。它是C++语言的一种管理资源、避免资源泄漏的惯用法，利用栈的特点来实现，这一概念最早由Bjarne Stroustrup提出。在函数中由栈管理的临时对象，在函数结束时会自动析构，从而自动释放资源，因此，我们可以通过构造函数获取资源，通过析构函数释放资源。这种自动管理资源的方式可以大大减少资源泄漏、野指针和其他与资源管理相关的问题。常见的写法为：

Object() {
    // acquire resource in constructor
}
~Object() {
    // release resource in destructor
}

 2.RAII的应用

2.1.智能指针

智能指针是RAII原则在内存管理中的一个典型应用。C++11引入了多种智能指针类型，如std::unique_ptr、std::shared_ptr和std::weak_ptr，它们可以自动管理动态分配的内存。

例如，使用std::unique_ptr可以确保在不需要动态分配的内存时自动释放它：

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "MyClass created\n"; }
    ~MyClass() { std::cout << "MyClass destroyed\n"; }
};

int main() {
    {
        std::unique_ptr<MyClass> ptr(new MyClass()); // MyClass对象被创建
        // 当ptr离开这个作用域时，它会自动释放所指向的MyClass对象
    } // MyClass对象在这里被销毁，输出"MyClass destroyed"
    return 0;
}

在这个例子中，当ptr离开其作用域时，std::unique_ptr的析构函数会被调用，从而释放它所指向的MyClass对象。这种自动的内存管理方式避免了手动调用delete可能导致的错误。

2.2.文件句柄管理

另一个常见的应用是使用RAII原则管理文件句柄。通过创建一个封装了文件句柄的类，可以确保在不需要文件时自动关闭它。

例如：

#include <fstream>
#include <iostream>

class FileWrapper {
public:
    FileWrapper(const std::string& filename, std::ios_base::openmode mode)
        : file_(filename, mode) {
        if (!file_.is_open()) {
            throw std::runtime_error("无法打开文件: " + filename);
        }
    }

    ~FileWrapper() {
        file_.close(); // 在析构函数中关闭文件句柄
    }

    // 提供对内部文件的访问（如果需要的话）
    std::fstream& file() { return file_; }

private:
    std::fstream file_; // 封装文件句柄的成员变量
};

在这个例子中，FileWrapper类的构造函数打开一个文件，并在析构函数中关闭它。这确保了即使在异常情况下，文件句柄也会被正确关闭。

2.3.互斥锁

在多线程编程中，std::lock_guard, std::unique_lock, std::shared_lock等也利用了RAII的原理，用于管理互斥锁。当这些类的等对象创建时，会自动获取互斥锁；当对象销毁时，会自动释放互斥锁。

std::lock_guard的构造函数如下：

template< class Mutex > class lock_guard;

std::lock_guard的析构函数会自动释放互斥锁，因此，我们可以通过std::lock_guard来管理互斥锁，从而避免忘记释放互斥锁。如：

std::mutex mtx;
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // unlock when lock is out of scope

不使用RAII的情况下，我们需要手动释放互斥锁，如下所示：

std::mutex mtx;
mtx.lock();
// ...
mtx.unlock();

3.注意事项

在资源管理类中小心copy行为

  • 拷贝RAII对象必须考虑其管理的资源，针对其资源做出拷贝行为的实现
  • 常见的RAII对象拷贝行为：拒绝拷贝、引用计数法、深拷贝、资源所有权转移

并非所有资源都是基于堆的（heap-based），对于这种对象不能直接使用智能指针，需要自定义其资源管理类。例如：为了说明锁的资源管理行为，我们这里给定义一个锁，来替代C++里的锁

struct MyMutex {
    MyMutex() {
        printf("Construct MyMutex\n");
    }

    ~MyMutex() {
        printf("Deconstruct MyMutex\n");
    }
};

其上锁解锁行为:

void lock(MyMutex *) {
    printf("lock\n");
}

void unlock(MyMutex *) {
    printf("unlock\n");
}

锁的资源管理类,在构造函数获取资源(加锁),在析构函数释放资源(解锁):

struct Lock {
private:
    MyMutex *myMutex;
public:
    explicit Lock(MyMutex *mutex) : myMutex(mutex) {
        lock(myMutex);
    }

    ~Lock() {
        unlock(myMutex);
    }
};

使用:

int main() {
    MyMutex myMutex;
    {
        printf("---------\n");
        Lock lk(&myMutex);
        printf("---------\n");
        // 离开代码块将自动析构局部对象,因此会释放锁
    }
}
/*
Construct MyMutex
---------
lock
---------
unlock
Deconstruct MyMutex
*/

潜在风险,如果发生了拷贝行为:

Lock l1(&mutex);
Lock l2(l1);

那么将立即死锁(Linux里一般是非递归锁,重复加锁会造成死锁)

3.1.禁止复制

继承nocopyable,或者将拷贝相关函数设置为delete。如：

//[1]
class NonCopyable
{
protected:
    NonCopyable(const NonCopyable&){}
    NonCopyable& operator=(NonCopyable&){}
};

或

//[2]
class NonCopyable
{
public:
    NonCopyable(const NonCopyable&)=delete;
    NonCopyable& operator=(const NonCopyable&)=delete;
};

3.2.对底层资源使用引用计数法

思想:维护一个计数器,当最后一个使用者被销毁时,才真正释放资源,如：

struct Lock {
private:
    shared_ptr<MyMutex> mutexPtr;
public:
	// 将unlock函数设置为删除器
    explicit Lock(MyMutex *mutex) : mutexPtr(mutex, unlock) {
        lock(mutexPtr.get());
    }
    // 不必声明析构函数,因为mutexPtr是栈上对象,所以会被默认释放,那么智能指针就会调用其释放器unlock
};

3.3.复制底部资源(深拷贝)或者转移资源管理权(移动语义)

在资源管理类中提供对原始资源的访问

  • API常需要要求访问原始资源,所以RAII资源管理类应该提供访问原始资源的接口
  • 对原始资源可以由显示转换或者隐式转换获得.其在安全性和方便性上各有取舍

智能指针提供了get接口来访问原始资源

在其中要注意,不可以get一个智能指针去初始化另一个智能指针,否则会发生重复释放

int main() {
    shared_ptr<MyMutex> p1 = make_shared<MyMutex>();
    {
        shared_ptr<MyMutex> p2(p1.get());
        cout << p1.use_count() << " " << p2.use_count() << endl;
//        1 1
//        p2离开代码块，释放其管理的资源，p1指针指向被释放的内存
    }
}

程序将异常退出

4.RAII的优势和挑战

优势：

  1. 自动资源管理：通过绑定资源的生命周期与对象的生命周期，RAII自动处理资源的获取和释放，减少了手动管理的错误。

  2. 代码简洁性：RAII原则鼓励将资源管理逻辑封装在类中，使代码更加清晰和易于维护。

  3. 异常安全性：当使用RAII时，即使在异常情况下，资源也会被正确释放，这有助于提高程序的健壮性。

挑战：

  1. 资源所有权的转移：在使用RAII时，需要仔细考虑资源所有权的转移。例如，在使用智能指针时，需要明确何时使用std::move来转移所有权。

  2. 与旧代码的兼容性：在将RAII原则应用于现有代码库时，可能需要大量的重构工作来适应新的资源管理方式。

  3. 学习曲线：对于初学者来说，理解和正确应用RAII原则可能需要一些时间和经验。

5.总结

        RAII原则为C++程序员提供了一种强大且优雅的资源管理方法。通过将资源的生命周期与对象的生命周期绑定在一起，RAII不仅简化了资源管理，还提高了代码的健壮性和可维护性。然而，为了充分利用RAII的优势，程序员需要仔细设计类的接口和实现，并考虑到资源所有权和资源转移的问题。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1489978.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

XUbuntu22.04之如何找到.so库所在的软件包?(二百一十六)

XUbuntu22.04之如何找到.so库所在的软件包?(二百一十六)

简介&#xff1a; CSDN博客专家&#xff0c;专注Android/Linux系统&#xff0c;分享多mic语音方案、音视频、编解码等技术&#xff0c;与大家一起成长&#xff01; 优质专栏&#xff1a;Audio工程师进阶系列【原创干货持续更新中……】&#x1f680; 优质专栏&#xff1a;多媒…
阅读更多...
Jupyter Notebook的安装和使用(windows环境)

Jupyter Notebook的安装和使用(windows环境)

一、jupyter notebook 安装 前提条件&#xff1a;安装python环境 安装python环境步骤&#xff1a; 1.下载官方python解释器 2.安装python 3.命令行窗口敲击命令pip install jupyter 4.安装jupyter之后&#xff0c;直接启动命令jupyter notebook,在默认浏览器中打开jupyte…
阅读更多...
C/C++ 乘积尾零问题（蓝桥杯）

C/C++ 乘积尾零问题（蓝桥杯）

如下的10行数据&#xff0c;每行有10个整数&#xff0c;请你求出它们的乘积的末尾有多少个零&#xff1f; 5650&#xff0c;4542 3554 473 946 4114 3871 9073 90 4329 2758 7949 6113 5659 5245 7432 3051 4434 6704 3594 9937 1173 6866 3397 4759 7557 3070 2287 1453 9899…
阅读更多...
stressapptest源码剖析：主函数main解析和sat类头文件分析

stressapptest源码剖析：主函数main解析和sat类头文件分析

主函数main解析和sat类头文件分析 一、简介二、入口函数main.cc剖析三、SAT压力测试对象接口和数据结构总结 一、简介 stressapptest&#xff08;简称SAT&#xff09;是一种用于在Linux系统上测试系统稳定性和可靠性的工具&#xff0c;通过产生CPU、内存、磁盘等各种负载来测试…
阅读更多...
web小游戏，蜘蛛纸牌

web小游戏，蜘蛛纸牌

H5小游戏源码、JS开发网页小游戏开源源码大合集。无需运行环境，解压后浏览器直接打开。有需要的订阅后，私信本人，发源码，含60+小游戏源码。如五子棋、象棋、植物大战僵尸、贪吃蛇、飞机大战、坦克大战、开心消消乐、扑鱼达人、扫雷、打地鼠、斗地主等等。 <!DOCTYPE h…
阅读更多...
智能驾驶规划控制理论学习06-基于优化的规划方法之数值优化基础

智能驾驶规划控制理论学习06-基于优化的规划方法之数值优化基础

目录 一、优化概念 1、一般优化问题 2、全局最优和局部最优 二、无约束优化 1、无约束优化概述 2、梯度方法 通用框架 线性搜索 回溯搜索 3、梯度下降 基本思想 实现流程 ​4、牛顿法 基本思想 实现流程 5、高斯牛顿法 6、LM法&#xff08;Le…
阅读更多...
甲类，乙类，甲乙类，D类功放

甲类，乙类，甲乙类，D类功放

功率放大器&#xff1a; 简称功放,分为甲类&#xff0c;已类&#xff0c;甲乙类和D类。 首先要认识三极管&#xff0c;三极管最简单的理解为B极向E极流过一个较小的电流的时候&#xff0c;C极可以向E极流过一个较大的电流&#xff0c;而且两个电流之间呈现倍数关系&#xff0…
阅读更多...
STM32启动过程及反汇编

STM32启动过程及反汇编

STM32从Flash启动的过程&#xff0c;主要是从上电复位到main函数的过程&#xff0c;主要有以下步骤&#xff1a; 1.初始化堆栈指针 SP_initial_sp&#xff0c;初始化 PC 指针Reset_Handler 2.初始化中断向量表 3.配置系统时钟 4.调用 C 库函数_main 初始化用户堆栈&#xf…
阅读更多...
Linux网络编程 ——UDP 通信

Linux网络编程 ——UDP 通信

Linux网络编程 ——UDP 通信 1. UDP1.1 UDP 通信1.2 广播1.3 组播&#xff08;多播&#xff09; 2. 本地套接字 1. UDP 1.1 UDP 通信 输入 man 2 sendto 查看说明文档 #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf…
阅读更多...
内存安全的编程语言

内存安全的编程语言

美国政府新颁布《回归基础构件&#xff1a;通往安全软件之路》 《回归基础构件&#xff1a;通往安全软件之路》中&#xff0c;白宫国家网络主任办公室&#xff08;ONCD&#xff09;呼吁开发者使用「内存安全的编程语言」 内存安全的编程语言 根据NSA的建议&#xff0c;内存…
阅读更多...
线程的同步互斥机制3月4日

线程的同步互斥机制3月4日

题目&#xff1a; 代码&#xff1a; #include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <string.h> #include <semaphore.h> #include <unistd.h>sem_t sem1,sem2;void* callback1(void*arg) {while(1){if(sem_wait(&sem1)<0) //等待…
阅读更多...
keycloak-操作keycloak数据库添加用户及密码

keycloak-操作keycloak数据库添加用户及密码

一、环境描述 keycloak连接本地数据库的方法&#xff1a;keycloak-连接本地数据库-CSDN博客 连接数据库后&#xff0c; 用户数据表&#xff1a;user_entity 密码数据表&#xff1a;credential keycloak版本&#xff1a;23.0.7 二、开始干活 1、插入数据到用户表(user_entit…
阅读更多...
使用 gulp-cleanwxss 清除小程序无用样式代码

使用 gulp-cleanwxss 清除小程序无用样式代码

小程序在迭代中&#xff0c;因没有及时清理无用样式&#xff0c;造成包体积越来越大。而通过人工判断清除工作量大&#xff0c;因而使用 gulp-cleanwxss 实现脚本清除。 一、Demo 演示 二、实现步骤 1、全局安装 gulp 命令行工具 yarn global add gulp-cli2、局部安装依赖 gu…
阅读更多...
【Linux-shell系列】多脚本同时启动

【Linux-shell系列】多脚本同时启动

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;欢迎来到我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围&#xff0c;不仅可以获得有趣的内容和知识&#xff0c;也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。 推荐:kwan 的首页,持续学…
阅读更多...
机器学习笔记 大语言模型是如何运作的？一、语料库和N-gram模型

机器学习笔记 大语言模型是如何运作的？一、语料库和N-gram模型

一、语料库 语言模型、ChatGPT和人工智能似乎无处不在。了解大型语言模型（LLM）“背后”发生的事情将是驾驭数字世界的关键。 首先在提示中键入一个单词，然后点击提交。您可以尝试新的提示，并根据需要多次重新生成响应。 这个我们称之为“T&C”的语言模型是在一…
阅读更多...
Python使用模块和库编程

Python使用模块和库编程

归纳编程学习的感悟&#xff0c; 记录奋斗路上的点滴&#xff0c; 希望能帮到一样刻苦的你&#xff01; 如有不足欢迎指正&#xff01; 共同学习交流&#xff01; &#x1f30e;欢迎各位→点赞 &#x1f44d; 收藏⭐ 留言​&#x1f4dd; 路在脚下&#xff0c;勇往直前&#x…
阅读更多...
MongoDB入门教程

MongoDB入门教程

参考文档 https://blog.csdn.net/qq_26889387/article/details/116205819 https://blog.csdn.net/ncepu_Chen/article/details/98725104 1. 简介 ​ MongoDB 是由C语言编写的&#xff0c;是一个基于分布式文件存储的开源数据库系统。在高负载的情况下&#xff0c;添加更多的节…
阅读更多...
PaddleOCR基于PPOCRv4的垂类场景模型微调——手写文字识别

PaddleOCR基于PPOCRv4的垂类场景模型微调——手写文字识别

PaddleOCR手写文字识别 一. 项目背景二. 环境配置三. 数据构造四. 模型微调五. 串联推理六. 注意事项七. 参考文献 光学字符识别&#xff08;Optical Character Recognition, OCR&#xff09;&#xff0c;ORC是指对包含文本资料的图像文件进行分析识别处理&#xff0c;获取文字…
阅读更多...
MB85RC铁电 FRAM驱动（全志平台linux）

MB85RC铁电 FRAM驱动（全志平台linux）

测试几天发现一个bug&#xff0c;就是无法一次读取32个字节的数据&#xff0c;1-31,33,128,512都试过了&#xff0c;唯独无法读取32个字节&#xff0c;驱动未报错&#xff0c;但是读取的都是0&#xff0c;找不到原因&#xff0c;估计应该是全志iic驱动的问题&#xff0c;暂时没…
阅读更多...
Golang Copy()方法学习

Golang Copy()方法学习

前言 主要是涉及到深浅拷贝相关的&#xff0c;但是在看的一个资料过程中发现他有错…并且一系列&#xff0c;复制粘贴他的&#xff0c;也都错了。 错误文章指路 很显然&#xff0c;Copy是深拷贝啊&#xff01;&#xff01;&#xff01; Copy功能 copy的代码很少&#xff0c…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023