RAII

Приобретение ресурса — это инициализация или RAII — это приём программирования на C++,^[1][2] который связывает жизненный цикл ресурса, который должен быть получен перед использованием (выделенная память, поток выполнения, открытый сокет, открытый файл, заблокированный мьютекс, дисковое пространство, подключение к базе данных — всё, что существует в ограниченном количестве), с жизненным циклом объекта.жизненный цикл.

RAII гарантирует, что ресурс доступен любой функции, которая может получить доступ к объекту (доступ к ресурсу — это инвариант класса, исключая избыточные проверки во время выполнения). Это также гарантирует, что все ресурсы освобождаются, когда заканчивается жизненный цикл контролирующего их объекта, в обратном порядке получения. Аналогично, если получение ресурса завершается неудачей (конструктор завершается исключением), все ресурсы, полученные каждым полностью созданным членом и базовым под-объектом, освобождаются в обратном порядке инициализации. Это использует основные возможности языка (жизненный цикл объекта, выход из области видимости, порядок инициализации и развёртывание стека), чтобы устранить утечки ресурсов и гарантировать безопасность при возникновении исключений. Другое название для этой техники — Управление ресурсами, связанными с областью видимости (SBRM), по основному случаю использования, когда жизненный цикл объекта RAII заканчивается из-за выхода из области видимости.

RAII можно резюмировать следующим образом:

• инкапсулировать каждый ресурс в класс, где
• конструктор получает ресурс и устанавливает все инварианты класса или генерирует исключение, если это невозможно,
• деструктор освобождает ресурс и никогда не генерирует исключений;
• всегда использовать ресурс через экземпляр класса RAII, который либо
• имеет автоматическое хранение или временный жизненный цикл, или
• имеет жизненный цикл, ограниченный жизненным циклом автоматического или временного объекта.

Классы с open()/close(), lock()/unlock(), или init()/copyFrom()/destroy() методами-членами являются типичными примерами классов, не использующих RAII:

std::mutex m;
 
void bad() 
{
    m.lock();             // acquire the mutex
    f();                  // if f() throws an exception, the mutex is never released
    if (!everything_ok())
        return;           // early return, the mutex is never released
    m.unlock();           // if bad() reaches this statement, the mutex is released
}
 
void good()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lk(m); // RAII class: mutex acquisition is initialization
    f();                               // if f() throws an exception, the mutex is released
    if (!everything_ok())
        return;                        // early return, the mutex is released
}                                      // if good() returns normally, the mutex is released

Стандартная библиотека

Классы библиотек C++, которые управляют своими ресурсами, следуют RAII: std::string, std::vector, std::jthread(с C++20), и многие другие получают свои ресурсы в конструкторах (которые генерируют исключения при ошибках), освобождают их в деструкторах (которые никогда не генерируют исключений) и не требуют явного освобождения.

Примечания

RAII не применяется к управлению ресурсами, которые не приобретаются перед использованием: время процессора, ядра и кэш-память, ёмкость пула энтропии, пропускная способность сети, потребление электроэнергии, память стека.

Внешние ссылки

1. RAII в FAQ по C++ от Страуструпа
2. C++ Core Guidelines E.6 «Использование RAII для предотвращения утечек»