从lock_guard来说一说C++常用的RAII

常见问题

在一个函数中（或者一个{...}作用域）有时候会创建/引用了一个资源，而在这个函数结束的时候需要对这个资源进行释放。常见的场景:

• 申请了一段内存，退出时候需要释放
• 打开了一个文件，退出需要关闭文件
• 统计某个函数调用的当前引用次数，进入的时候引用加一，退出的时候引用减一
• 某个{...}作用域开始需要加锁，执行完代码后需要解锁
• 等等…

以上面的锁为例, 在进入函数的时候加锁，在函数退出的时候解锁。 这种写法笔者认为可能会带来两个问题:

1. 在互斥区的代码有可能会有多处返回return, 在每个return处都加上mutex.unlock()代码感觉显得很不优雅。
2. 互斥区代码也有可能抛出异常，而有些场景，你并不想在互斥区捕获异常，那么也就不会调用mutext.unlock()从而导致锁并没有释放。

void function()
{
  mutex.lock();
  //互斥区执行代码;
  //...
  if(...)
  {
    //...
    mutex.unlock();
    return;
  }
  
  //...
  if(...)
  {
    //...
    mutex.unlock();
    return;
  }
  //...
  mutex.unlock();
}

而RAII正是可以用来解决以上两个问题的，接下来我们来说说RAII。

RAII以及lock_guard的实现

笔者发现很多高大上的名字背后，都是些朴实无华的东西。RAII全称为resource acquisition is initialization, 可能现在还无法理解这个含义，等整篇文章读完后再理解下。

RAII主要利用了如下的机制:

1. 一个对象在其变量作用域结束的时候会调用析构函数
2. 实现方式: 将资源的获取放在一个对象的构造函数中，然后资源的释放放在这个对象的析构函数。

lock_guard是C++11支持的，不过在此之前boost很早实现，并被广泛使用。然后我们再以第一节的例子，使用lock_guard来实现:

void function()
{
  std::lock_guard lockGuard(mutex);
  //互斥区执行代码;
  //...
  if(...)
  {
    //...
    return;
  }
  
  //...
  if(...)
  {
    //...
    return;
  }
  //...
}

可以看到这个例子，我们做了两件事情,让代码简洁了很多：

1. mutex作为lockGuard的构造函数参数传递进去
2. 删除了function函数中所有的mutex.unlock();

那么小伙伴们结合之前的概念可能已经想到了lock_guard的实现。以下是MSVC对lock_guard的实现。那么可以使得:

1. 在调用lockGuard的构造函数的时候，lockGuard的成员_Mtx对mutex进行了引用；并且将调用了_MyMutex.lock();。一句话描述：对象构造函数调用完毕后，则加锁了。此时是不是有点理解resource acquisition is initialization。
2. lockGuard的生命周期就在函数调用结束后return或者函数内抛出异常，则locGuard的析构函数会调用_MyMutex.unlock();从而实现了锁的释放。

    // CLASS TEMPLATE lock_guard
template<class _Mutex>
  class lock_guard
  {  // class with destructor that unlocks a mutex
public:
  using mutex_type = _Mutex;

  explicit lock_guard(_Mutex& _Mtx)
    : _MyMutex(_Mtx)
    {  // construct and lock
    _MyMutex.lock();
    }

  lock_guard(_Mutex& _Mtx, adopt_lock_t)
    : _MyMutex(_Mtx)
    {  // construct but don't lock
    }

  ~lock_guard() noexcept
    {  // unlock
    _MyMutex.unlock();
    }

  lock_guard(const lock_guard&) = delete;
  lock_guard& operator=(const lock_guard&) = delete;
private:
  _Mutex& _MyMutex;
  };

总结

RAII是C++常用的技术，那么我们有必要去理解他，并且利用他:

1. 使用RAII可以有效的防止资源不及时释放引发的问题: 比如资源泄露，死锁等
2. RAII的是一种思想，可以拓展到代码的很多场景: 比如从资源池拿到的资源，使用后放回资源池。
3. RAII中提到的对象的作用域，提醒下一些新手朋友，不一定是指函数。比如你可以在函数内部使用{...}来指定你的作用域(如下所示)，灵活的锁定范围。

void function()
{
  //some code
  //.......
  {
    RAIIObject robj(object);
    //Do something
  }
  //some code
  //......
}