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C++ RAII机制

news 2025/7/4 19:58:29

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）是一种编程范式，核心思想是：资源的生命周期与对象绑定——对象创建时获取资源，对象销毁时自动释放资源。这种机制通过构造函数和析构函数的配对执行，确保资源管理的安全性和一致性。

RAII 的核心原则

资源获取即初始化：在对象的构造函数中获取资源（如内存、文件句柄、网络连接等）。
资源释放即析构：在对象的析构函数中释放资源，确保资源被正确回收。

典型应用场景

1. 智能指针（C++）

通过 RAII 管理动态分配的内存，避免内存泄漏。

#include <memory>// std::unique_ptr 独占资源所有权
{std::unique_ptr<int> ptr = std::make_unique<int>(42);// ptr 离开作用域时自动释放内存
}  // 无需手动 delete// std::shared_ptr 共享资源所有权（引用计数）
{std::shared_ptr<int> a = std::make_shared<int>(10);std::shared_ptr<int> b = a;  // 引用计数+1
}  // 当最后一个 shared_ptr 销毁时释放内存

2. 文件操作

封装文件句柄，确保文件自动关闭。

class FileHandler {
public:explicit FileHandler(const char* path) : file(fopen(path, "r")) {if (!file) throw std::runtime_error("Failed to open file");}~FileHandler() {if (file) fclose(file);  // 自动关闭文件}// 禁用拷贝构造和赋值，避免重复释放FileHandler(const FileHandler&) = delete;FileHandler& operator=(const FileHandler&) = delete;private:FILE* file;
};// 使用示例
{FileHandler file("data.txt");// 文件在作用域结束时自动关闭
}

3. 互斥锁管理

自动加锁和解锁，避免死锁。

#include <mutex>std::mutex mtx;void func() {std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);  // 构造时加锁// 临界区代码
}  // 析构时自动解锁

RAII 的优势

异常安全：即使发生异常，对象的析构函数仍会被调用，资源得以释放。

void func() {std::unique_ptr<int[]> arr = std::make_unique<int[]>(1000);// 若中间抛出异常，arr 会自动释放内存
}

代码简洁：无需手动编写 try-finally 或 delete 语句。
资源管理统一：将资源生命周期与对象绑定，降低遗忘释放资源的风险。

对比手动资源管理

场景	手动管理	RAII
内存分配	`int* p = new int; delete p;`	`std::unique_ptr<int> p;`
文件操作	`FILE* f = fopen(); fclose(f);`	`FileHandler f("path");`
锁操作	`mutex.lock(); mutex.unlock();`	`std::lock_guard lock(mutex);`