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c++ - 使用 RAII 从 C 风格的 API 管理资源

coder 2023-05-31 原文

Resource Acquisition is Initialization (RAII) 通常在 C++ 中用于管理资源的生命周期,这些资源在生命周期结束时需要某种方式的清理代码,来自 delete ing new ed 指向释放文件句柄的指针。

如何快速轻松地使用 RAII 来管理我从 C 样式 API 获取的资源的生命周期?

在我的例子中,我想使用 RAII 在它释放的包含 C 风格资源的变量超出范围时从 C 风格 API 自动执行清理函数。除此之外,我真的不需要额外的资源包装,我想尽量减少在这里使用 RAII 的代码开销。有没有一种简单的方法可以使用 RAII 来管理来自 C 风格 API 的资源?

How to encapsulate C api into RAII C++ classes?是相关的,但我不认为它是重复的——这个问题是关于更完整的封装,而这个问题是关于获得 RAII 好处的最少代码。

最佳答案

有一种使用 RAII 从 C 风格界面管理资源的简单方法:标准库的智能指针,它有两种风格: std::unique_ptr 对于具有单个所有者和团队的资源 std::shared_ptr std::weak_ptr 对于共享资源。如果您无法确定您的资源是什么,this Q&A should help you decide .访问智能指针管理的原始指针就像调用它的 get 一样简单。成员函数。
如果您想要简单的、基于范围的资源管理,std::unique_ptr是完成这项工作的绝佳工具。它旨在将开销降至最低,并且易于设置以使用自定义销毁逻辑。如此简单,事实上,您可以在声明资源变量时做到这一点:

#include <memory> // allow use of smart pointers

struct CStyleResource; // c-style resource

// resource lifetime management functions
CStyleResource* acquireResource(const char *, char*, int);
void releaseResource(CStyleResource* resource);


// my code:
std::unique_ptr<CStyleResource, decltype(&releaseResource)> 
    resource{acquireResource("name", nullptr, 0), releaseResource};
acquireResource在你调用它的地方执行,在变量生命周期的开始。 releaseResource将在变量生命周期结束时执行,通常是在它超出范围时。1 不相信我?您可以see it in action on Coliru ,我已经为获取和释放函数提供了一些虚拟实现,以便您可以看到它的发生。
你可以用 std::shared_ptr 做同样的事情,如果您需要该品牌的资源生命周期:
// my code:
std::shared_ptr<CStyleResource> 
    resource{acquireResource("name", nullptr, 0), releaseResource};
现在,这两个都很好,但是标准库有 std::make_unique 2 和 std::make_shared 原因之一是进一步的异常安全。
GotW #56 mentions函数参数的求值是无序的,这意味着如果你有一个函数接受你 Shiny 的新 std::unique_ptr类型和一些可能会引发构造的资源,将那个资源提供给这样的函数调用:
func(
    std::unique_ptr<CStyleResource, decltype(&releaseResource)>{
        acquireResource("name", nullptr, 0), 
        releaseResource},
    ThrowsOnConstruction{});
意味着指令可能是这样排序的:
  • 调用 acquireResource
  • 构造 ThrowsOnConstruction
  • 构造 std::unique_ptr来自资源指针

  • 如果第 2 步抛出,我们宝贵的 C 接口(interface)资源将不会被正确清理。
    再次如 GotW #56 中所述,实际上有一种相对简单的方法来处理异常安全问题。与函数参数中的表达式求值不同,函数求值不能交错。因此,如果我们获取资源并将其提供给 unique_ptr在函数内部,我们将保证在 ThrowsOnConstruction 时不会发生任何棘手的业务泄漏我们的资源。 throw 施工。我们不能用 std::make_unique ,因为它返回一个 std::unique_ptr使用默认删除器,我们想要我们自己的自定义删除器风格。我们还想指定我们的资源获取函数,因为没有额外的代码就无法从类型中推导出来。使用模板的力量实现这样的事情很简单:3
    #include <memory> // smart pointers
    #include <utility> // std::forward
    
    template <
        typename T, 
        typename Deletion, 
        typename Acquisition, 
        typename...Args>
    std::unique_ptr<T, Deletion> make_c_handler(
        Acquisition acquisition, 
        Deletion deletion, 
        Args&&...args){
            return {acquisition(std::forward<Args>(args)...), deletion};
    }
    
    Live on Coliru
    你可以这样使用它:
    auto resource = make_c_handler<CStyleResource>(
        acquireResource, releaseResource, "name", nullptr, 0);
    
    并调用 func无忧无虑,像这样:
    func(
        make_c_handler<CStyleResource>(
            acquireResource, releaseResource, "name", nullptr, 0),
        ThrowsOnConstruction{});
    
    编译器不能接受 ThrowsOnConstruction 的构造并将其粘贴在拨打 acquireResource 的电话之间和unique_ptr的 build ,所以你很好。shared_ptr等价物同样简单:只需换出 std::unique_ptr<T, Deletion>返回值 std::shared_ptr<T> ,并更改名称以指示共享资源:4
    template <
        typename T, 
        typename Deletion, 
        typename Acquisition, 
        typename...Args>
    std::shared_ptr<T> make_c_shared_handler(
        Acquisition acquisition, 
        Deletion deletion, 
        Args&&...args){
            return {acquisition(std::forward<Args>(args)...), deletion};
    }
    
    使用再次类似于unique_ptr版本:
    auto resource = make_c_shared_handler<CStyleResource>(
        acquireResource, releaseResource, "name", nullptr, 0);
    
    func(
        make_c_shared_handler<CStyleResource>(
            acquireResource, releaseResource, "name", nullptr, 0),
        ThrowsOnConstruction{});
    
    编辑:
    正如评论中提到的,您可以进一步改进 std::unique_ptr 的使用。 : 在编译时指定删除机制,所以 unique_ptr当它在程序中移动时不需要携带指向删除器的函数指针。在您使用的函数指针上制作无状态删除器模板需要四行代码,放在 make_c_handler 之前。 :
    template <typename T, void (*Func)(T*)>
    struct CDeleter{
        void operator()(T* t){Func(t);}    
    };
    
    然后可以修改make_c_handler像这样:
    template <
        typename T, 
        void (*Deleter)(T*), 
        typename Acquisition, 
        typename...Args>
    std::unique_ptr<T, CDeleter<T, Deleter>> make_c_handler(
        Acquisition acquisition, 
        Args&&...args){
            return {acquisition(std::forward<Args>(args)...), {}};
    }
    
    然后使用语法略有变化,为
    auto resource = make_c_handler<CStyleResource, releaseResource>(
        acquireResource, "name", nullptr, 0);
    
    Live on Colirumake_c_shared_handler不会从更改为模板删除器中受益,如 shared_ptr不携带编译时可用的删除器信息。

    1、如果智能指针的值为nullptr当它被破坏时,它不会调用关联的函数,这对于处理以空指针作为错误条件的资源释放调用的库来说非常好,比如 SDL。
    2. std::make_unique只包含在 C++14 的库中,所以如果你使用 C++11,你可能想要 implement your own -- 即使它不是您想要的,它也非常有帮助。
    3. 这(以及在 2 中链接的 std::make_unique 实现)依赖于 variadic templates .如果您使用的是 VS2012 或 VS2010,它们对 C++11 的支持有限,则您无权访问可变参数模板。 std::make_shared的实现在这些版本中 was instead made with individual overloads for each argument number and specialization combination .做你想做的。
    4. std::make_shared居然有more complex machinery than this ,但它需要实际知道该类型的对象有多大。我们没有这个保证,因为我们正在使用 C 风格的接口(interface),并且可能只有我们资源类型的前向声明,所以我们不会在这里担心它。

    关于c++ - 使用 RAII 从 C 风格的 API 管理资源,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/39176805/

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