C++ RAII 资源管理模式

在 C++ 的发展历程中,有一个极为重要的核心理念:RAII(Resource Acquisition Is Initialization,资源获取即初始化)。通过这个理念,能够使得开发者编写出更加安全、健壮的程序。

1. 问题场景

在 C++ 程序中,我们经常需要使用和管理各种资源,例如:动态分配的内存、文件句柄、网络连接、数据库连接、互斥锁等,这些资源往往需要手动初始化和释放,一旦程序发生异常、提前返回,或逻辑较为复杂,就很容易导致资源泄漏死锁等问题。

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <mutex>

void demo01() 
{
    int* my_data = new int[100]; // 动态申请内存
    std::cout << "内存已分配" << std::endl;

    // 假设:在某些情况下,此处抛出异常
    throw std::runtime_error("发生异常!");

    // 下面代码永远不会被执行
    delete[] my_data;
    std::cout << "内存已释放" << std::endl;
}


std::mutex my_mutex;
void demo02()
{
    my_mutex.lock();
    std::cout << "已加锁" << std::endl;

    // 假设:在某些情况下,你需要提前返回
    return;

    // 下面代码永远不会被执行
    my_mutex.unlock();
    std::cout << "锁已释放" << std::endl;
}


int main() {
    try 
    {
        //demo01();
        demo02();
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        std::cout << "捕获异常:" << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

2. 解决思路

要想让资源管理既安全又简洁,一个非常有效的方法是:

把资源的初始化和释放(生命周期)的管理绑定到一个对象 obj 上

  • 对象 obj 构造函数执行时,自动获取资源
  • 对象 obj 析构函数执行时,自动释放资源

这样,我们无需手动释放资源,即使程序异常退出或提前返回,也能确保资源得到正确回收。这就是 RAII 的核心思想。

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <mutex>


class RAIIMemory {
    int* data_;
public:
    explicit RAIIMemory(int size) : data_(new int[size]) 
    {
        std::cout << "内存已分配" << std::endl;
    }

    ~RAIIMemory() 
    {
        delete[] data_;
        std::cout << "内存已释放" << std::endl;
    }

    int* get() { return data_; }
};


void demo01() 
{
    // 将动态内存资源交给 my_data 对象管理
    // my_data 创建时,获得资源
    // my_data 析构时,释放资源
    RAIIMemory my_data(10);

    // 即使异常发生,由于栈回退机制,也会正确释放资源
    throw std::runtime_error("发生异常!");
}


class RAIIMutex 
{
    std::mutex& mtx_;
public:
    explicit RAIIMutex(std::mutex& m) : mtx_(m) 
    {
        mtx_.lock();
        std::cout << "已加锁" << std::endl;
    }

    ~RAIIMutex() 
    {
        mtx_.unlock();
        std::cout << "锁已释放" << std::endl;
    }
};


std::mutex my_mutex;
void demo02()
{
    RAIIMutex lock(my_mutex);
    // 即使提前返回,锁资源也能够及时释放
    return;
}


int main() {
    try 
    {
        //demo01();
        demo02();
    }
    catch (const std::exception& e)
    {
        std::cout << "捕获异常:" << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

当然,在实际开发中,我们无需自己封装锁管理类,C++ 标准库已经提供了符合 RAII 思想的类型,例如:

  • std::unique_ptr:独占资源所有权,析构时自动释放内存
  • std::shared_ptr:多个指针共享资源所有权,引用计数为 0 时自动释放
  • std::ifstream / std::ofstream:文件流对象,析构时自动关闭文件
  • std::lock_guard:最常用的作用域锁,构造时加锁,析构时自动解锁

RAII 通过将资源的生命周期与对象的生命周期绑定,实现了资源的自动管理,并保障异常安全。

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