C++惯用法之消除垃圾收集器-资源获取即初始化方法(RAII)

0.导语

在C语言中，有三种类型的内存分配:静态、自动和动态。静态变量是嵌入在源文件中的常数，因为它们有已知的大小并且从不改变，所以它们并不那么有趣。自动分配可以被认为是堆栈分配——当一个词法块进入时分配空间，当该块退出时释放空间。它最重要的特征与此直接相关。在C99之前，自动分配的变量需要在编译时知道它们的大小。这意味着任何字符串、列表、映射以及从这些派生的任何结构都必须存在于堆中的动态内存中。

程序员使用四个基本操作明确地分配和释放动态内存:malloc、realloc、calloc和free。前两个不执行任何初始化，内存可能包含碎片。除了自由，他们都可能失败。在这种情况下，它们返回一个空指针，其访问是未定义的行为；在最好的情况下，你的程序会崩溃。在最坏的情况下，你的程序看起来会工作一段时间，在崩溃前处理垃圾数据。

例如：

int main() {
   char *str = (char *) malloc(7); 
   strcpy(str, "toptal");
   printf("char array = \"%s\" @ %u\n", str, str);

   str = (char *) realloc(str, 11);
   strcat(str, ".com");
   printf("char array = \"%s\" @ %u\n", str, str);

   free(str);
   
   return(0);
}

输出：

char array = "toptal" @ 2762894960
char array = "toptal.com" @ 2762894960

尽管代码很简单，但它已经包含了一个反模式和一个有问题的决定。在现实生活中，你不应该直接写字节数，而应该使用sizeof函数。类似地，我们将char *数组精确地分配给我们需要的字符串大小的两倍(比字符串长度多一倍，以说明空终止)，这是一个相当昂贵的操作。一个更复杂的程序可能会构建一个更大的字符串缓冲区，允许字符串大小增长。

1.RAII的发明：新希望

至少可以说，所有手动管理都是令人不快的。 在80年代中期，Bjarne Stroustrup为他的全新语言C ++发明了一种新的范例。 他将其称为“资源获取就是初始化”，其基本见解如下：可以指定对象具有构造函数和析构函数，这些构造函数和析构函数在适当的时候由编译器自动调用，这为管理给定对象的内存提供了更为方便的方法。 需要，并且该技术对于不是内存的资源也很有用。

意味着上面的例子在c++中更简洁：

int main() {
   std::string str = std::string ("toptal");
   std::cout << "string object: " << str << " @ " << &str << "\n";
   
   str += ".com";
   std::cout << "string object: " << str << " @ " << &str << "\n";
   
   return(0);
}

输出：

string object: toptal @ 0x7fffa67b9400
string object: toptal.com @ 0x7fffa67b9400

在上述例子中，我们没有手动内存管理！构造string对象，调用重载方法，并在函数退出时自动销毁。不幸的是，同样的简单也会导致其他问题。让我们详细地看一个例子：

vector<string> read_lines_from_file(string &file_name) {
	vector<string> lines;
	string line;
	
	ifstream file_handle (file_name.c_str());
	while (file_handle.good() && !file_handle.eof() && file_handle.peek()!=EOF) {
		getline(file_handle, line);
		lines.push_back(line);
	}
	
	file_handle.close();
	
	return lines;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	// get file name from the first argument
	string file_name (argv[1]);
	int count = read_lines_from_file(file_name).size();
	cout << "File " << file_name << " contains " << count << " lines.";
	
	return 0;
}