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C++智能指针的自定义销毁器(销毁策略)
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---------unlockDeconstruct 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：
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。
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。
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：
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。
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。
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。