C++: RAII編程實戰

C語言與CPP編程 2026-01-13 09:00

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轉自：雨樂聊編程

對于很多人來說，提到C/C++第一印象就是指針，而對于指針的印象，很多人提到最最多的就是內存泄漏，即申請了內存而忘記了釋放。針對這一點，自C++11起引入了智能指針，那么智能指針是如何保證或者避免內存泄漏的呢？

我們以經常用到的std::shared_ptr為例，在面試候選人的時候，我也會問相關問題，很多人都會提到引用計數為0的時候會自動釋放該指針所關聯的內存資源：

int main() {
  std::shared_ptr<int> p = std::make_shared<int>();
}

也就是說在智能指針p離開main函數作用域的時候會自動釋放資源，這種實現技術，就是我們本文要講的RAII。

概念

RAII即Resource Acquisition Is Initialization的縮寫，如果用中午來翻譯則是資源獲取即初始化?，F代 C++ 編程中的一個非常重要的概念，它確保了資源管理既安全又高效，同時也很直觀，其核心思想是將必須顯式獲取和釋放的資源的生命周期與對象的生命周期綁定在一起。這個概念在編寫穩健的 C++ 應用程序時特別重要，尤其是當你需要處理像內存、文件句柄、網絡連接這些需要手動釋放的資源時。

當一個對象被創建時，它會獲取某些資源（比如打開文件、分配內存等）；而當對象超出作用域時，它的析構函數會自動被調用，從而釋放這些資源。這種方法有助于防止資源泄漏，確保程序的異常安全，同時使代碼更加易讀和易維護。

應用

在C++中，RAII 使用構造函數和析構函數實現。構造函數獲取資源，相應的析構函數釋放資源。

下面，我們從幾個例子來聊聊RAII的用法。

未使用RAII

讓我們考慮一個類似的例子，其中一個資源是動態分配的，但是函數中有幾個路徑可能會導致資源無法正確釋放，從而導致內存泄漏。

struct Resource {
int x_;
int y_;

Resource(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}
}

void fun(bool flag) {
auto &&ptr = newResource(1, 2);

if (!flag) {
    return;
  }

// do sth
delete ptr;
}

在這個代碼中：

? 通過new方式創建一個Resource指針，并將其賦值給ptr
? 該函數參數為一個bool類型
? 如果用戶輸入參數為false，則直接返回
? 如果輸入參數為true，則繼續后面的邏輯，到最后通過delete方式釋放資源

這段代碼，很明顯存在內存泄漏，如果想要避免的，可以使用我們前面提到的std::shared_ptr：

struct Resource {
int x_;
int y_;

Resource(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}
}

void fun(bool flag) {
auto &&ptr = std::make_shared<Resource>(1, 2);

if (!flag) {
    return;
  }

// do sth
}

原理也是比較簡單，不再贅述~

從這個例子可以看出，如果不使用RAII，而單純人為去釋放資源，難免會有遺漏之處，如果此函數調用頻繁，泄漏會很嚴重~

內存管理

下面是一個使用了RAII(基于對象本身)的例子：

class MyArray {
  public : 
    MyArray ( size_t size ) : data ( new  int [size] ) {} 
    ~ MyArray () { delete [] data_; }                  
private : 
    int * data_; 
}

這個例子，算是一個非常非常常用的基于RAII的例子，在這個例子中，我們在構造函數中申請資源，在析構函數中釋放資源。當MyArray對象超出其作用域時候，會自動調用析構函數，進而釋放資源。

socket

除了管理我們通常所說的內存外，也可以用來socket。

class Socket {
public:
    Socket(int domain, int type, int protocol) {
        sockfd = socket(domain, type, protocol);
        if (sockfd == -1) {
            std::cerr << "Socket creation failed!" << std::endl;
        } else {
            std::cout << "Socket created successfully!" << std::endl;
        }
    }

    ~Socket() {
        if (sockfd != -1) {
            close(sockfd);  // 關閉 socket
            std::cout << "Socket closed!" << std::endl;
        }
    }

private:
    int sockfd = -1;  // socket 文件描述符
};

在這個示例中，構造函數創建一個socket，在析構函數中關閉此描述符。當Socket對象退出作用域時候，自動調用析構函數，進而關閉描述符。

文件管理

下面是一個創建臨時文件的類：

class TempFile {
public:
    TempFile(const std::string& name) : filename(name) {
        std::ofstream temp(filename_);
        temp << "Temporary content";
    }
    ~TempFile() {
        std::remove(filename_.c_str());
    }
private:
    std::string filename_;
};

在這個例子中，我們使用 RAII（資源獲取即初始化）來管理一個臨時文件。TempFile 類會在其構造函數中創建一個臨時文件，并向其中寫入一些內容；當 TempFile 對象的生命周期結束時，它的析構函數會自動刪除該文件。這樣，即使程序結束或者發生異常，臨時文件也會被正確地刪除，不會留下任何多余的文件。