1、Terms13:Use objects to manage resources

所谓资源就是，一旦使用了它，将来必须还给系统，如果不这样，糟糕的事情就会发送。

1.1、普通指针进行资源管理存在的问题

例如我们使用一个用来塑模投资行为（例如股票，债券等等）的程序库，其中各式各样的投资类型继承于一个基类Investment：

class Investment { ... };

进一步假设，这个程序库通过一个工厂函数（条款7）供应我们获得某特定的Investment对象：

Investment* createInvestment(); //返回一个Investment继承体系中的动态分配对象

如果我们在某作用域内调用这个函数返回的对象，那么使用完这个对象之后要复制删除这个对象。

void f()
{Investment* pInv = createInvestment();//...delete pInv;
}

这种程序设计的缺陷主要在于我们可能无法释放获取的pInv对象：

(1)如果在delete之前有return语句导致函数执行结束，那么对象就无法释放;
(2)如果在delete之前程序抛出异常，那么也无法释放对象;
(3)如果这段代码在之后软件开发维护过程中被修改，那么后人可能无法知道要释放这个pInv对象，因为单纯的靠函数f中的delete语句来释放对象是行不通的。

1.2、RALL

那么为确保资源被释放，我们应该：把资源放进对象中，我们可依赖 C++ 的“析构函数自动调用机制”确保资源被释放。
以对象管理资源的思想：
（1）获得资源后立刻放进管理对象内：获得资源之后将其封装到类中，例如shared_ptr等智能指针。实际上“以对象管理资源”的观念常被称为“资源获得时机便是初始化时机”（Resource Acquisition Is Initialization，RAII）
（2）管理对象运用析构函数确保资源被释放：当离开作用域之后，对象可以调用析构函数自动的释放资源，而无须我们手动释放。但是如果析构函数抛出异常，可能需要自己手动处理（析构函数异常处理可以参阅条款8）
C++程序库提供了两种类，更加安全的管理自己的资源，分别是：shared_ptr和auto_ptr现在它已经被unique_ptr替代。
auto_ptr：
  auto_ptr是个智能指针，其析构函数自动对其所指对象调用delete
  如：我们修改函数f，并利用auto_ptr获得对象，在函数作用域结束之后，资源自动释放

void f()
{//调用函数获得对象std::auto_ptr<Investment> pInv(createInvestment());... 
}//函数执行完之后，auot_ptr的析构函数自动删除pInv

以对象管理资源的想法：

• 获取资源后立刻放进管理对象。
• 管理对象运用析构函数确保资源被释放。

auto_ptr对象的唯一性：auto_ptr只保存自己管理对象的一份副本，因此当auto_ptr被赋值或复制时，就会将自己的资源管理权转交给它人，从而是自己变为null

//获得一个对象，并管理该对象
std::auto_ptr<Investment> pInv1(createInvestment());//拷贝pInv1，此时pInv1被设为null，现在pInv2管理这个资源
std::auto_ptr<Investment> pInv2(pInv1);//赋值操作，此时pInv2变为null，现在pInv1管理这个资源
pInv1 = pInv2;

shared_ptr：
  shared_ptr也是智能指针，但是其与autp_ptr不同，其是“引用计数型智能指针”（RCSP），也就是多个shared_ptr可以同时指向一个管理对象。

1.3、没有针对“动态分配数组”而设计的智能指针

注意：auto_ptr和shared_ptr析构函数中做释放资源使用的是delete而不是delete []，因此将动态数组绑定于智能指针对象上是不行的，但是数组是可以与智能指针使用的。

//都是错误的
std::auto_ptr<std::string> aps(new std::string[10]);
std::shared_ptr<int> aps(new int[1024]);

C++没有为动态分配数组而设计的智能指针类，是因为C++已经有了vector和string这样的管理类，这些类已经够我们使用了，因此提供动态分配数组管理的类是多余的
  但是Boost库中的boost::scoped_array和boost::shared_array类是接近于为数组而设计的类，因此你们想要了解的话，可以参阅这两个类。

2、面试相关

2.1 解释RAII原则，并给出它在资源管理中的重要性。举出一个可以编译的例子

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则是一种编程技术，用于在C++程序中管理资源。这个原则强调资源的获取（Acquisition）应该与对象的初始化（Initialization）紧密绑定，以确保资源能够在使用完毕后被正确地释放。简单来说，当一个对象被创建（即初始化）时，它会获取必要的资源，并在其生命周期结束时（即析构时）自动释放这些资源。

RAII原则在资源管理中的重要性主要体现在以下几个方面：

1. 自动资源管理：通过将对象的生命周期与资源的生命周期绑定，可以确保资源在不再需要时得到自动释放，从而防止资源泄漏。

2. 异常安全性：在复杂的程序中，异常处理是一个重要的部分。RAII确保即使在发生异常时，资源也能被正确释放，因为对象的析构函数总是会被调用。

3. 代码简洁性：通过使用RAII，程序员无需显式地管理资源的释放，这使得代码更加简洁，更易于阅读和维护。

下面是一个简单的C++例子，展示了如何使用RAII原则管理动态分配的内存：

#include <iostream>// 自定义一个简单的动态数组类，用于演示RAII
class DynamicArray {
private:int* data;size_t size;public:// 构造函数：获取资源（分配内存）DynamicArray(size_t sz) : size(sz) {data = new int[size];std::cout << "Memory allocated for " << size << " integers." << std::endl;}// 析构函数：释放资源（释放内存）~DynamicArray() {delete[] data;std::cout << "Memory released." << std::endl;}// 禁止拷贝构造和拷贝赋值，以避免资源管理的复杂性DynamicArray(const DynamicArray&) = delete;DynamicArray& operator=(const DynamicArray&) = delete;// 一个简单的函数来设置数组中的值void setValue(size_t index, int value) {if (index < size) {data[index] = value;}}// 打印数组内容void printArray() const {for (size_t i = 0; i < size; ++i) {std::cout << data[i] << ' ';}std::cout << std::endl;}
};int main() {// 创建DynamicArray对象，自动分配内存{DynamicArray arr(5);// 使用资源for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {arr.setValue(i, static_cast<int>(i));}arr.printArray();// 离开作用域时，DynamicArray的析构函数会被自动调用，从而释放内存}// 在此处，内存已经被自动释放std::cout << "After the block, memory has been released." << std::endl;return 0;
}

在上面的例子中，DynamicArray 类在构造时分配了一块内存来存储整数，并在析构时释放了这块内存。这就确保了无论何时DynamicArray对象离开其作用域，分配的内存都会被正确释放。这遵循了RAII原则，将资源的生命周期与DynamicArray对象的生命周期绑定在了一起。

2.2 描述一个你曾经使用RAII原则解决的实际问题。

在过去的一个项目中，我负责开发一个网络通讯模块，该模块需要与远程服务器建立连接，并进行数据的收发。在这个项目中，我遇到了一个问题：如何确保网络连接在不再需要时被正确关闭，以避免资源泄漏和其他潜在的网络问题。

为了解决这个问题，我使用了RAII原则。我创建了一个名为NetworkConnection的类，它负责管理与远程服务器的连接。在NetworkConnection的构造函数中，我建立了与远程服务器的连接，并在析构函数中关闭了该连接。这样，当NetworkConnection对象离开其作用域时，连接会自动关闭。

下面是一个简化的示例代码，展示了如何使用RAII原则管理网络连接：

#include <iostream>class NetworkConnection {
private:// 假设有一个用于表示网络连接的句柄或指针void* connection_handle;public:// 构造函数：建立网络连接NetworkConnection(const std::string& server_address) {std::cout << "Connecting to server at " << server_address << std::endl;// 假设这里进行了网络连接的建立操作connection_handle = /* 建立连接的代码 */;}// 析构函数：关闭网络连接~NetworkConnection() {std::cout << "Closing network connection..." << std::endl;// 假设这里进行了网络连接的关闭操作/* 关闭连接的代码 */;}// 其他成员函数，用于数据的收发等操作void sendData(const std::string& data) {// 发送数据的代码}std::string receiveData() {// 接收数据的代码return "received data";}
};int main() {// 使用RAII原则管理网络连接{NetworkConnection conn("127.0.0.1:8080");conn.sendData("Hello, server!");std::string response = conn.receiveData();std::cout << "Received: " << response << std::endl;// 当conn对象离开作用域时，其析构函数会被自动调用，从而关闭网络连接}// 在此处，网络连接已经被自动关闭std::cout << "Network connection has been closed." << std::endl;return 0;
}

通过使用RAII原则，我确保了网络连接在不再需要时能够被正确关闭，从而避免了资源泄漏和潜在的网络问题。这种方法使得代码更加简洁、可读，并且减少了出错的可能性。同时，它也使得资源管理的责任更加明确，提高了代码的可维护性。在实际项目中，这种基于RAII的资源管理方法被广泛应用于文件句柄、数据库连接、锁等各种资源的管理中。

2.3 描述一个可能导致资源泄漏的场景，并解释如何使用RAII原则来避免它

一个常见的可能导致资源泄漏的场景是文件操作。当我们在程序中打开文件进行读写操作时，如果忘记在操作完成后关闭文件，就会导致文件句柄一直被占用，造成资源泄漏。这种情况在复杂的程序中尤其容易发生，特别是当文件操作分散在多个函数或类中时。

为了避免这种情况，我们可以使用RAII原则来管理文件资源。具体做法是创建一个封装了文件操作的类，将文件句柄的打开和关闭与该类的构造函数和析构函数绑定。这样，当创建该类的对象时，文件会自动打开，当对象离开作用域或被销毁时，文件会自动关闭。

以下是一个简单的示例，展示了如何使用RAII原则来管理文件资源：

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdexcept>class FileManager {
private:std::fstream fileStream;std::string fileName;public:// 构造函数：打开文件FileManager(const std::string& name) : fileName(name) {fileStream.open(fileName, std::fstream::in | std::fstream::out);if (!fileStream.is_open()) {throw std::runtime_error("Unable to open file: " + fileName);}std::cout << "File " << fileName << " opened." << std::endl;}// 析构函数：关闭文件~FileManager() {fileStream.close();std::cout << "File " << fileName << " closed." << std::endl;}// 其他成员函数，用于文件的读写等操作void writeToFile(const std::string& data) {fileStream << data;}std::string readFromFile() {std::string data;std::getline(fileStream, data);return data;}
};int main() {try {// 使用RAII原则管理文件资源{FileManager file("example.txt");file.writeToFile("Hello, World!");std::string content = file.readFromFile();std::cout << "Read from file: " << content << std::endl;// 当file对象离开作用域时，其析构函数会被自动调用，从而关闭文件}// 在此处，文件已经被自动关闭} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

在这个示例中，我们创建了一个FileManager类，它在构造函数中打开文件，在析构函数中关闭文件。这样，无论何时FileManager对象离开其作用域或被销毁，文件都会被自动关闭，从而避免了资源泄漏。这种方法不仅简化了资源管理，还提高了代码的健壮性和可读性。

3、总结

天堂有路你不走，地狱无门你自来。

4、参考

4.1 《Effective C++》
4.2 Effective C++条款13：以对象管理资源（Use objects to manage resources）