RAII

资源获取即初始化（Resource Acquisition Is Initialization，简称RAII）是一种C++编程技术[1][2]，它将必须在使用前获取的资源（如分配的堆内存、执行线程、打开的套接字、打开的文件、锁定的互斥锁、磁盘空间、数据库连接——任何资源都是有限的）的生命周期绑定到一个对象的生命周期上。

RAII保证任何可能访问该对象的函数都可以使用该资源（资源的可用性是一个类的不变性，从而消除了冗余的运行时测试）。它还保证当控制对象的生命周期结束时，将按照资源获取的相反顺序释放所有资源。同样，如果资源获取失败（构造函数以异常退出），则每个完全构造的成员和基类子对象所获取的所有资源都将按照初始化的相反顺序释放。这种技术利用了语言的核心特性（对象生命周期、作用域退出、初始化顺序和堆栈展开）来消除资源泄漏并保证异常安全。根据RAII对象由于作用域退出而结束生命周期的基本用例，该技术也被称为作用域绑定资源管理（Scope-Bound Resource Management，简称SBRM）。

RAII可以概括如下：

• 将每个资源封装到一个类中，其中：

- 构造函数获取资源并建立所有类的不变性，如果无法完成则抛出异常；

- 析构函数释放资源，并且永远不会抛出异常；

• 总是通过RAII类的一个实例来使用资源，该实例：

- 要么具有自动存储期或临时生命周期，

- 要么其生命周期受到自动或临时对象的生命周期的限制。

移动语义使得在对象之间、跨作用域以及在线程的进入和退出时安全地转移资源所有权成为可能，同时保持资源的安全性。（自C++11起）

具有open()/close()、lock()/unlock()或init()/copyFrom()/destroy()成员函数的类是非RAII类的典型示例。这些函数模式表明资源的获取和释放是在函数调用中显式管理的，而不是通过对象的构造函数和析构函数自动管理。RAII模式旨在通过将这些操作封装在对象中，利用C++的作用域和生命周期特性来简化资源管理，从而提高代码的安全性和可靠性。

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 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
}    

标准库

C++库中的类，如果它们管理自己的资源，则会遵循RAII（资源获取即初始化）原则：例如，std::string、std::vector、std::jthread（自C++20起）以及许多其他类在构造函数中获取资源（在出现错误时抛出异常），在析构函数中释放资源（且析构函数从不抛出异常），并且不需要显式清理。

此外，标准库还提供了几个RAII包装器来管理用户提供的资源：

• std::unique_ptr和std::shared_ptr通过std::make_unique和std::make_shared来管理动态分配的内存；（自C++11起）
• std::lock_guard、std::unique_lock、std::shared_lock来管理互斥锁。（自C++11起）

注意

RAII不适用于管理那些在使用前不需要获取的资源：CPU时间、核心和缓存容量、熵池容量、网络带宽、电力消耗、栈内存。

外部链接

[1]Stroustrup的C++ FAQ中关于RAII的内容：
https://www.stroustrup.com/bs_faq2.html#finally

[2]C++核心指南E.6“使用RAII防止泄漏”：
https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#
e6-use-raii-to-prevent-leaks

[3]RAII: https://en.cppreference.com/w/cpp/language/raii