RAII

RAII，全称资源获取即初始化（英語：Resource Acquisition Is Initialization），它是在一些面向对象语言中的一种慣用法（英语：Programming idiom）。RAII源于C++，在Java，C#，D，Ada，Vala和Rust中也有应用。1984-1989年期间，比雅尼·斯特勞斯特魯普和安德鲁·柯尼希（英语：Andrew Koenig (programmer)）在设计C++异常时，为解决資源管理（英语：Resource management (computing)）时的異常安全（英语：Exception safety）性而使用了该用法，后来比雅尼·斯特勞斯特魯普将其称为RAII。 RAII要求，资源的有效期与持有资源的对象的生命期（英语：Object lifetime）严格绑定，即由对象的构造函数完成资源的分配（英语：Resource allocation (computer)）（获取），同时由析构函数完成资源的释放。在这种要求下，只要对象能正确地析构，就不会出现资源泄漏问题。 RAII的主要作用是在不失代码简洁性的同时，可以很好地保证代码的异常安全性。 下面的C++实例说明了如何用RAII访问文件和互斥量： #include <string> #include <mutex> #include <iostream> #include <fstream> #include <stdexcept> void write_to_file(const std::string & message) { // 创建关于文件的互斥锁 static std::mutex mutex; // 在访问文件前进行加锁 std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex); // 尝试打开文件 std::ofstream file("example.txt"); if (!file.is_open()) throw std::runtime_error("unable to open file"); // 输出文件内容 file << message << std::endl; // 当离开作用域时，文件句柄会被首先析构 (不管是否抛出了异常) // 互斥锁也会被析构 (同样地，不管是否抛出了异常) } C++保证了所有栈对象在生命周期结束时会被销毁(即调用析构函数)，所以该代码是异常安全的。无论在write_to_file函数正常返回时，还是在途中抛出异常时，都会引发write_to_file函数的堆栈回退，而此时会自动调用lock和file对象的析构函数。 当一个函数需要通过多个局部变量来管理资源时，RAII就显得非常好用。因为只有被构造成功(构造函数没有抛出异常)的对象才会在返回时调用析构函数，同时析构函数的调用顺序恰好是它们构造顺序的反序，这样既可以保证多个资源(对象)的正确释放，又能满足多个资源之间的依赖关系。 由于RAII可以极大地简化资源管理，并有效地保证程序的正确和代码的简洁，所以通常会强烈建议在C++中使用它。 RAII在C++中的应用非常广泛，如C++标准库中的lock_guard便是用RAII方式来控制互斥量: template <class Mutex> class lock_guard { private: Mutex& mutex_; public: lock_guard(Mutex& mutex) : mutex_(mutex) { mutex_.lock(); } ~lock_guard() { mutex_.unlock(); } lock_guard(lock_guard const&) = delete; lock_guard& operator=(lock_guard const&) = delete; }; 程序员可以非常方便地使用lock_guard，而不用担心异常安全问题 extern void unsafe_code(); // 可能抛出异常 using std::mutex; using std::lock_guard; mutex g_mutex; void access_critical_section() { lock_guard<mutex> lock(g_mutex); unsafe_code(); } 实际上，C++标准库的实现就广泛应用了RAII，典型的如容器、智能指针等。 RAII还有另外一种被称为RRID(Resource Release Is Destruction)的特殊用法，即在构造时没有“获取”资源，但在析构时释放资源。ScopeGuard和Boost.ScopeExit就是RRID的典型应用： #include <functional> class ScopeGuard { private: typedef std::function<void()> destructor_type; destructor_type destructor_; bool dismissed_; public: ScopeGuard(destructor_type destructor) : destructor_(destructor), dismissed_(false) {} ~ScopeGuard() { if (!dismissed_) { destructor_(); } } void dismiss() { dismissed_ = true; } ScopeGuard(ScopeGuard const&) = delete; ScopeGuard& operator=(ScopeGuard const&) = delete; }; ScopeGuard通常用于省去一些不必要的RAII封装，例如 void foo() { auto fp = fopen("/path/to/file", "w"); ScopeGuard fp_guard([&fp]() { fclose(fp); }); write_to_file(fp); // 异常安全 } 在D语言中，scope关键字也是典型的RRID用法，例如 void access_critical_section() { Mutex m = new Mutex; lock(m); scope(exit) unlock(m); unsafe_code(); // 异常安全 } Resource create() { Resource r = new Resource(); scope(failure) close(f); preprocess(r); // 抛出异常时会自动调用close(r) return r; } 虽然RAII和finally都能保证资源管理时的异常安全，但相对来说，使用RAII的代码相对更加简洁。 如比雅尼·斯特劳斯特鲁普所说，“在真实环境中，调用资源释放代码的次数远多于资源类型的个数，所以相对于使用finally来说，使用RAII能减少代码量。” 例如在Java中使用finally来管理Socket资源 void foo() { Socket socket; try { socket = new Socket(); access(socket); } finally { socket.close(); } } 在采用RAII后，代码可以简化为 void foo() { try (Socket socket = new Socket()) { access(socket); } } 特别是当大量使用Socket时，重复的finally就显得没有必要。 Stroustrup, Bjarne. The C++ Programming Language [C++程序设计语言]. Addison-Wesley. 2000 [2014-09-29]. ISBN 0-201-70073-5. （原始内容存档于2014-06-30） （英语）.  Stroustrup, Bjarne. The Design and Evolution of C++ [C++语言的设计和演化]. Addison-Wesley. 1994 [2014-09-29]. ISBN 0-201-54330-3. （原始内容存档于2023-06-06） （英语）.  Wilson, Matthew. ,Imperfect C++ [Imperfect C++中文版]. Addison-Wesley. 2004 [2023-11-10]. ISBN 0321228774. （原始内容存档于2023-06-05） （英语）.  Exception Handling for C++ （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 5 Handling of Destructors Stroustrup 1994，chpt. 16.5 Resource Management. I called this technique “resource acquisition is initialization.” C++ FAQ, "I have too many try blocks; what can I do about it?" （页面存档备份，存于互联网档案馆） Stroustrup 2000，chpt. 14.4.1 Using Constructors and Destructors. C++ FAQ, "What's the order that local objects are destructed?" （页面存档备份，存于互联网档案馆） lock_guard（页面存档备份，存于互联网档案馆） Wilson 2004，chpt. 3.4 RRID. Andrei Alexandrescu, Change the Way You Write Exception-Safe Code （页面存档备份，存于互联网档案馆） Boost.ScopeExit（页面存档备份，存于互联网档案馆） Bjarne Stroustrup's C++ Style and Technique FAQ （页面存档备份，存于互联网档案馆）. "Why doesn't C++ provide a "finally" construct?" （页面存档备份，存于互联网档案馆）