“现代C++ RAII库：设计、优化及实战应用“

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    • 代码
  • 示例
      • `raii` 类的使用
        • 示例代码：
        • 解释：
      • `raii_var` 类的使用
        • 示例代码：
        • 解释：
      • 结合线程使用
        • 示例代码：
        • 解释：
      • `make_raii` 函数
        • 签名：
        • 示例：
        • 解释：
      • `raii_bind_var` 函数
        • 签名：
        • 示例：
        • 解释：
      • 总结

代码

/** raii.h**/#ifndef COMMON_SOURCE_CPP_RAII_H_
#define COMMON_SOURCE_CPP_RAII_H_
#include <type_traits>
#include <functional>
#include <utility>
#include <cassert>
namespace gdface {/** RAII方式管理申请和释放资源的类* 对象创建时,执行acquire(申请资源)动作(可以为空函数[]{})* 对象析构时,执行release(释放资源)动作* 禁止对象拷贝和赋值*/class raii {public:using fun_type = std::function<void()>;/* release: 析构时执行的函数* acquire: 构造函数执行的函数* default_com:_commit,默认值,可以通过commit()函数重新设置*/explicit raii(fun_type release, fun_type acquire = [] {}, bool default_com = true) :_commit(default_com), _release(release) {acquire();}/* 对象析构时根据_commit标志执行_release函数 */~raii() noexcept {if (_commit)_release();}/* 移动构造函数 允许右值赋值 */raii(raii&& rv)noexcept :_commit(rv._commit), _release(std::move(rv._release)) {rv._commit = false;};/* 禁用拷贝构造函数 */raii(const raii&) = delete;/* 禁用赋值操作符 */raii& operator=(const raii&) = delete;/* 设置_commit标志 */raii& commit(bool c = true)noexcept { _commit = c; return *this; };private:/* 为true时析构函数执行_release */bool _commit;protected:/* 析构时执的行函数 */std::function<void()> _release;}; /* raii *//* 用于实体资源的raii管理类* T为资源类型* acquire为申请资源动作，返回资源T* release为释放资源动作,释放资源T*/template<typename T>class raii_var {public:using    _Self = raii_var<T>;using   resource_type = T;using	acq_type = std::function<T()>;using	rel_type = std::function<void(T&)>;explicit raii_var(acq_type acquire, rel_type release) noexcept :_resource(acquire()), _do_release(release) {//构造函数中执行申请资源的动作acquire()并初始化resource;}/** 对于有默认构造函数的类型提供默认构造函数 */template<typename _T = T, typename Enable = typename std::enable_if<std::is_default_constructible<_T>::value>::type>raii_var()noexcept :_resource(), _need_release(false) {}/* 对于有移动构造函数的类型提供移动构造函数 */template<class _T = T>raii_var(typename std::enable_if< std::is_object<_T>::value&& !std::is_default_constructible<_T>::value&& std::is_move_constructible<_T>::value, raii_var>::type&& rv): _resource(std::move(rv._resource)), _do_release(rv._do_release){rv._need_release = false;//控制右值对象析构时不再执行_release}/* 对于只有复制构造函数的类型提供移动构造函数 */template<class _T = T>raii_var(typename std::enable_if<   std::is_object<_T>::value&& !std::is_default_constructible<_T>::value&& !std::is_move_constructible<_T>::value&& std::is_copy_constructible<_T>::value, raii_var>::type&& rv): _resource(rv._resource), _do_release(rv._do_release){rv._need_release = false;//控制右值对象析构时不再执行_release}/* 对于指针和引用类型提供移动构造函数 */template<class _T = T>raii_var(typename std::enable_if< std::is_reference<_T>::value || std::is_pointer<_T>::value, raii_var>::type&& rv): _resource(rv._resource), _do_release(rv._do_release){rv._need_release = false;//控制右值对象析构时不再执行_release}/* 对于有复制构造函数的类型提供移动赋值操作符(这个操作符似乎没什么用,考虑删除) */template<typename _T = T, typename Enable = typename std::enable_if<std::is_copy_constructible<_T>::value>::type>raii_var& operator=(raii_var&& rv) {// 与右值对象(rv)交换所有成员变量,// rv在析构的时候会根据_need_release标志正确释放当前对象原有的资源std::swap(rv._resource, this->_resource);std::swap(rv._do_release, this->_do_release);std::swap(rv._need_release, this->_need_release);return *this;}/* 对象析构时根据_commit标志执行_release函数 */~raii_var() noexcept {if (_need_release)_do_release(_resource);}/* 设置_need_release标志 */_Self& release(bool rel = true)noexcept { _need_release = rel; return *this; };/* 设置_need_release标志为false,析构时不执行_release */_Self& norelease()noexcept { return release(false); };/* 获取资源引用 */T& get() noexcept { return _resource; }const T& get() const noexcept { return _resource; }T& operator*() noexcept { return get(); }const T& operator*() const noexcept { return get(); }/* 标量类型提供()操作符 */template<typename _T = T, typename Enable = typename std::enable_if<std::is_scalar<_T>::value>::type>operator T () const noexcept { return _resource; }/* 根据 T类型不同选择不同的->操作符模板 */template<typename _T = T>typename std::enable_if<std::is_pointer<_T>::value, _T>::type operator->()  noexcept{return _resource;}template<typename _T = T>typename std::enable_if<std::is_pointer<_T>::value, const _T>::type operator->() const noexcept{return _resource;}template<typename _T = T>typename std::enable_if<std::is_class<_T>::value, const _T*>::type operator->() const noexcept{return std::addressof(_resource);}template<typename _T = T>typename std::enable_if<std::is_class<_T>::value, _T*>::type operator->() noexcept{return std::addressof(_resource);}template<typename _T>typename std::enable_if<!std::is_same<_T, T>::value&& std::is_class<_T>::value, _T&>::type _get() noexcept{return static_cast<_T&>(_resource);}template<typename _T>typename std::enable_if<!std::is_same<_T, T>::value&& std::is_pointer<_T>::value, _T>::type _get() noexcept{return static_cast<_T>(_resource);}private:/* 为true时析构函数执行release */bool	_need_release = true;T	_resource;rel_type _do_release;};/* 创建 raii 对象,* 用std::bind将M_REL,M_ACQ封装成std::function<void()>创建raii对象* RES		资源类型* M_REL	释放资源的成员函数地址* M_ACQ	申请资源的成员函数地址*/template<typename RES, typename M_REL, typename M_ACQ>inline raii make_raii(RES& res, M_REL rel, M_ACQ acq, bool default_com = true) {// 编译时检查参数类型// 静态断言中用到的is_class,is_member_function_pointer等是用于编译期的计算、查询、判断、转换的type_traits类,// 有点类似于java的反射(reflect)提供的功能,不过只能用于编译期，不能用于运行时。// 关于type_traits的详细内容参见:http://www.cplusplus.com/reference/type_traits/static_assert(std::is_class<RES>::value, "RES is not a class or struct type.");static_assert(std::is_member_function_pointer<M_REL>::value, "M_REL is not a member function.");static_assert(std::is_member_function_pointer<M_ACQ>::value, "M_ACQ is not a member function.");assert(nullptr != rel && nullptr != acq);auto p_res = std::addressof(const_cast<typename std::remove_const<RES>::type&>(res));return raii(std::bind(rel, p_res), std::bind(acq, p_res), default_com);}/* 创建 raii 对象 无需M_ACQ的简化版本 */template<typename RES, typename M_REL>inline raii make_raii(RES& res, M_REL rel, bool default_com = true) {static_assert(std::is_class<RES>::value, "RES is not a class or struct type.");static_assert(std::is_member_function_pointer<M_REL>::value, "M_REL is not a member function.");assert(nullptr != rel);auto p_res = std::addressof(const_cast<typename std::remove_const<RES>::type&>(res));return raii(std::bind(rel, p_res), [] {}, default_com);}/* raii方式管理F(Args...)函数生产的对象* 如果调用时指定T类型，则返回的RAII对象类型为T,否则类型为F(Args...)结果类型*/template<typename T = void, typename F, typename... Args,typename ACQ_RES_TYPE = typename std::result_of<F(Args...)>::type,typename TYPE = typename std::conditional<!std::is_void<T>::value && !std::is_same<T, ACQ_RES_TYPE>::value, T, ACQ_RES_TYPE>::type,typename REL = std::function<void(TYPE&)> >inline raii_var<TYPE>raii_bind_var(REL rel, F&& f, Args&&... args) {return raii_var<TYPE>([&]()->TYPE {return static_cast<TYPE>(std::bind(std::forward<F>(f), std::forward<Args>(args)...)()); },rel);}
} /* namespace gdface */
#endif /* COMMON_SOURCE_CPP_RAII_H_ */

示例

理解如何使用raii和raii_var类的关键在于了解它们是如何帮助你管理资源的生命周期的。让我们通过具体的例子来详细解释这两个类的使用方法。

raii 类的使用

假设我们需要在程序中打开一个文件，并确保无论程序执行过程中发生什么，文件都能被正确关闭。我们可以使用raii类来管理这个过程。

示例代码：
#include <fstream>
#include <iostream>
#include "raii.h" // 假设你的RAII头文件名为raii.husing namespace gdface;void writeToFile(std::ofstream* file) {if (file->is_open()) {*file << "Hello, RAII!" << std::endl;}
}int main() {std::ofstream* pFileStream = nullptr;auto acquire = [&]() { pFileStream = new std::ofstream("example.txt", std::ios::out); };auto release = [&]() {if (pFileStream != nullptr) {pFileStream->close();delete pFileStream;pFileStream = nullptr;}};raii fileGuard(release, acquire);writeToFile(pFileStream);return 0;
}
解释：
  1. acquire 函数：负责打开文件并分配内存。
  2. release 函数：负责关闭文件并释放内存。
  3. raii 对象 fileGuard：在其构造时调用acquire打开文件，在析构时自动调用release关闭文件。
  4. writeToFile 函数：使用已经打开的文件进行写操作。

raii_var 类的使用

raii_var 更加通用，可以直接持有资源类型（如文件流），并且可以方便地进行访问和操作。

示例代码：

假设我们同样需要管理一个文件流资源，但这次直接使用raii_var来简化代码。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include "raii.h" // 假设你的RAII头文件名为raii.husing namespace gdface;void writeToFile(raii_var<std::ofstream>& fileGuard) {if (fileGuard->is_open()) {(*fileGuard) << "Hello, RAII_var!" << std::endl;}
}int main() {auto acquire = []() -> std::ofstream {return std::ofstream("example.txt", std::ios::out);};auto release = [](std::ofstream& stream) {if (stream.is_open()) {stream.close();}};raii_var<std::ofstream> fileGuard(acquire, release);writeToFile(fileGuard);return 0;
}
解释：
  1. acquire 函数：返回一个新的文件流对象。
  2. release 函数：接受一个文件流引用，并在其上调用close()方法。
  3. raii_var 对象 fileGuard：在其构造时调用acquire创建文件流，在析构时自动调用release关闭文件流。
  4. writeToFile 函数：使用fileGuard提供的文件流进行写操作。

结合线程使用

如果你希望在多线程环境中使用这些RAII类来管理资源，可以通过将RAII对象传递给线程函数来实现。

示例代码：
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <thread>
#include "raii.h" // 假设你的RAII头文件名为raii.husing namespace gdface;void threadFunc(raii_var<std::ofstream>& fileGuard) {if (fileGuard->is_open()) {(*fileGuard) << "Hello from Thread using RAII_var!" << std::endl;}
}int main() {auto acquire = []() -> std::ofstream {return std::ofstream("example.txt", std::ios::out);};auto release = [](std::ofstream& stream) {if (stream.is_open()) {stream.close();}};raii_var<std::ofstream> fileGuard(acquire, release);std::thread t(threadFunc, std::ref(fileGuard));t.join(); // 等待线程完成return 0;
}
解释：
  1. std::thread：启动一个新线程并传递fileGuard的引用。
  2. std::ref(fileGuard)：确保传递的是fileGuard的引用而不是副本，这样线程可以共享同一个RAII对象。
  3. t.join()：等待线程完成，确保主线程在子线程结束前不会退出。

通过这种方式，你可以确保无论是在单线程还是多线程环境下，资源都会被正确地获取和释放，避免了资源泄露的风险。

确实，代码中还定义了两个辅助函数 make_raii 和 raii_bind_var，它们简化了创建 raii 和 raii_var 对象的过程。让我们详细解释这些辅助函数的用途和使用方法。

make_raii 函数

make_raii 是一个模板函数，用于简化 raii 对象的创建过程。它通过绑定类成员函数来自动创建 std::function<void()> 类型的资源获取和释放函数。

签名：
template<typename RES, typename M_REL, typename M_ACQ>
inline raii make_raii(RES & res, M_REL rel, M_ACQ acq, bool default_com = true);
  • 参数:
    • RES: 资源类型。
    • M_REL: 释放资源的成员函数指针。
    • M_ACQ: 获取资源的成员函数指针。
    • res: 资源对象的引用。
    • default_com: 是否在析构时执行释放操作，默认为 true。
示例：

假设我们有一个类 ResourceManager，其中包含打开和关闭文件的方法。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include "raii.h" // 假设你的RAII头文件名为raii.husing namespace gdface;class ResourceManager {
public:void openFile(const std::string& filename) {file.open(filename, std::ios::out);}void closeFile() {if (file.is_open()) {file.close();}}private:std::ofstream file;
};void writeToFile(ResourceManager& manager, const std::string& message) {manager.openFile("example.txt");if (manager.file.is_open()) {manager.file << message << std::endl;}
}int main() {ResourceManager manager;auto guard = make_raii(manager, &ResourceManager::closeFile, &ResourceManager::openFile);writeToFile(manager, "Hello from RAII!");return 0;
}
解释：
  1. make_raii: 创建了一个 raii 对象 guard，它会调用 manager 的 openFile 方法获取资源，并在析构时调用 closeFile 方法释放资源。
  2. writeToFile: 使用 manager 对象进行写操作，确保文件在 main 函数结束时会被正确关闭。

raii_bind_var 函数

raii_bind_var 是另一个模板函数，用于简化 raii_var 对象的创建。它可以绑定任意函数及其参数，并生成相应的资源管理对象。

签名：
template<typename T=void,typename F, typename... Args,typename ACQ_RES_TYPE=typename std::result_of<F(Args...)>::type,typename TYPE=typename std::conditional<!std::is_void<T>::value&&!std::is_same<T,ACQ_RES_TYPE>::value,T,ACQ_RES_TYPE>::type,typename REL=std::function<void(TYPE&)> >
inline raii_var<TYPE>
raii_bind_var(REL rel,F&& f, Args&&... args);
  • 参数:
    • T: 可选的资源类型，如果未指定，则默认为 F(Args...) 的返回类型。
    • F: 资源获取函数。
    • Args: 资源获取函数的参数。
    • rel: 资源释放函数。
示例：

假设我们有一个简单的函数来创建一个文件流，并希望使用 raii_var 来管理这个文件流。

#include <fstream>
#include <iostream>
#include "raii.h" // 假设你的RAII头文件名为raii.husing namespace gdface;std::ofstream createFileStream(const std::string& filename) {return std::ofstream(filename, std::ios::out);
}void releaseFileStream(std::ofstream& stream) {if (stream.is_open()) {stream.close();}
}void writeToFile(std::ofstream& file, const std::string& message) {if (file.is_open()) {file << message << std::endl;}
}int main() {auto fileGuard = raii_bind_var<std::ofstream>(releaseFileStream,createFileStream,"example.txt");writeToFile(fileGuard.get(), "Hello from RAII_var!");return 0;
}
解释：
  1. createFileStream: 创建并返回一个新的 std::ofstream 对象。
  2. releaseFileStream: 接受一个 std::ofstream 引用，并在其上调用 close() 方法。
  3. raii_bind_var: 创建了一个 raii_var<std::ofstream> 对象 fileGuard，它会在构造时调用 createFileStream 获取文件流，在析构时调用 releaseFileStream 释放文件流。
  4. writeToFile: 使用 fileGuard 提供的文件流进行写操作。

总结

  • make_raii: 简化了 raii 对象的创建，适用于需要通过类成员函数管理资源的情况。
  • raii_bind_var: 简化了 raii_var 对象的创建，适用于需要通过普通函数或可调用对象管理资源的情况。

这两个辅助函数的主要目的是减少样板代码，使资源管理更加简洁和安全。通过它们，你可以更方便地利用 RAII 模式来确保资源的正确获取和释放，无论是在单线程还是多线程环境中。

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