C++ —— RAII编程思想

背景

在C++程序运行的过程中免不了要进行资源的分配——尤其是在游戏中！资源可以有很多种 —— 贴图、音频、Shader到句柄、字符串这些东西都可以被称为资源。资源的管理是项目中很重要的一轮，做得不好的话轻则内存泄漏、重则内存崩溃。

而RAII则是在C++项目中用于资源管理的一种重要的编程思想。

Class的构建和析构

C++中不可或缺的东西就是class，而每个class不可或缺的就是构造函数和析构函数。前者用于对象被构造时进行的一系列操作，后者用于对象被析构时所执行的函数。

而值得一提的是，在C++中，如果一个类被声明在栈空间，则在该函数执行完毕从栈空间弹出之后，类会自动调用析构函数。可是如果被显示声明在堆空间（使用new方法或者malloc方法），则需要显式调用析构函数才能进行析构。

RAII

RAII表示的是“资源获取即初始化”(Resource Aquisition Is Initialization)，而不是某些人认为的“初始化即资源获取”(Initialization is resource acquisition)。

RAII的技术很简单，利用C++对象生命周期的概念来控制程序的资源。它的技术原理很简单，如果希望对某个重要资源进行跟踪，那么创建一个对象，并将资源的生命周期和对象的生命周期相关联。这样一来C++自带的对象管理设施就可以来管理资源了。

最简单的形式：创建一个对象，让她的构造函数获取一份资源，而析构函数则释放这个资源：

class Resource{...};
class ResourceHandle{
    public:
         // get resource
         explicit ResourceHandle(ResourceHandle *aResource ): r_(aResource){}

         // release resource
         ~ResourceHandle()
         {
             delete r_;
         }

         // get access to resource
         Resource *get()
         {
             return r_;
         }

    private:
        // make sure it can not be copied by others
        ResourceHandle (const ResourceHandle &);
        ResourceHandle & operator = (const ResourceHandle &);
        Resource *r_;
    };

ResourceHandle对象的最好的地方就是：如果它被声明为一个函数的局部变量，或者作为一个参数，或者静态变量，我们都可以保证析构函数得到调用了。这样一来就可以释放对象所引用的资源。

再看看一个反例：

void f() {
    Resource *rh = new Resource;
    //...
    if (blahblah())
         return ;    
    //...
    g();         //catch the exceptions

    // Can we make sure that it can be processed here?
    delete rh ;
}

就如同注释所讲，可能一开始的时候上面那段代码是安全的，rh的资源总是可以被释放。

但是如果这段代码经历了一些维护呢？比如说上面的g()函数，有可能会造成函数的提前返回，所以就有可能运行不到最后一句释放资源的代码了，因此这段代码是危险的。

那么该如何使用RAII编程思想对这段代码进行改进呢？代码如下：

void f() {
    ResourceHandle rh (new Resource );

    // ...
    if (blahblah())
         return ;

    // catch an exception? 
    g();

    //finally the resource would be released by c++ itself.
    }

这样一来RAII就使得代码就更加健壮了，因为只要是函数返回了，无论是通过何种途径，那么在返回的时候析构函数就会自动释放资源。

使用RAII只有一种情况无法保证析构函数得到调用，就是当ResourceHandle被动态分配到堆空间上了，这样一来就只能显示得调用delete ResourceHandle对象才能保证资源释放了，比如下面的代码：

ResourceHandle *rhp = new ResourceHandle(new Resource);    

那么此时的问题在于，因为动态分配的东西需要显示调用delete才能释放，所以上面的做法通常是危险的做法。安全的做法是将RAII的handle分配到栈空间去，此时就能够保证内存的释放。

<全文完>