c++支持“finally”块吗?

RAII习语是什么?

c++的RAII习语和c#的using语句有什么区别?


不,c++不支持'finally'块。原因是c++支持RAII:“资源获取是初始化”——对于一个真正有用的概念来说,这是一个糟糕的名字。

其思想是,对象的析构函数负责释放资源。当对象具有自动存储持续时间时,当创建对象的块退出时,对象的析构函数将被调用——即使该块在出现异常时退出。以下是Bjarne Stroustrup对这个话题的解释。

RAII的一个常见用途是锁定互斥量:

// A class with implements RAII
class lock
{
    mutex &m_;

public:
    lock(mutex &m)
      : m_(m)
    {
        m.acquire();
    }
    ~lock()
    {
        m_.release();
    }
};

// A class which uses 'mutex' and 'lock' objects
class foo
{
    mutex mutex_; // mutex for locking 'foo' object
public:
    void bar()
    {
        lock scopeLock(mutex_); // lock object.

        foobar(); // an operation which may throw an exception

        // scopeLock will be destructed even if an exception
        // occurs, which will release the mutex and allow
        // other functions to lock the object and run.
    }
};

RAII also simplifies using objects as members of other classes. When the owning class' is destructed, the resource managed by the RAII class gets released because the destructor for the RAII-managed class gets called as a result. This means that when you use RAII for all members in a class that manage resources, you can get away with using a very simple, maybe even the default, destructor for the owner class since it doesn't need to manually manage its member resource lifetimes. (Thanks to Mike B for pointing this out.)

For those familliar with C# or VB.NET, you may recognize that RAII is similar to .NET deterministic destruction using IDisposable and 'using' statements. Indeed, the two methods are very similar. The main difference is that RAII will deterministically release any type of resource -- including memory. When implementing IDisposable in .NET (even the .NET language C++/CLI), resources will be deterministically released except for memory. In .NET, memory is not deterministically released; memory is only released during garbage collection cycles.

 

†有些人认为“破坏是资源放弃”是RAII习语更准确的名称。


总之,微软Visual c++确实支持try,它在MFC应用中一直被用作捕获严重异常的方法,否则会导致崩溃。例如;

int CMyApp::Run() 
{
    __try
    {
        int i = CWinApp::Run();
        m_Exitok = MAGIC_EXIT_NO;
        return i;
    }
    __finally
    {
        if (m_Exitok != MAGIC_EXIT_NO)
            FaultHandler();
    }
}

在过去,我用它来做一些事情,比如在退出之前保存打开文件的备份。不过,某些JIT调试设置会破坏这种机制。


除了使基于堆栈的对象的清理变得容易之外,RAII还很有用,因为当对象是另一个类的成员时,同样的“自动”清理也会发生。当所属类被销毁时,由RAII类管理的资源将被清理,因为该类的dtor将被调用。

这意味着当您达到RAII的天堂,并且类中的所有成员都使用RAII(如智能指针)时,您可以为所有者类使用一个非常简单的(甚至是默认的)dtor,因为它不需要手动管理其成员资源生命周期。


在c++中,由于RAII, final是不需要的。

RAII将异常安全的责任从对象的用户转移到对象的设计者(和实现者)。我认为这是正确的地方,因为你只需要让异常安全正确一次(在设计/实现中)。通过使用finally,您需要在每次使用对象时都获得正确的异常安全性。

在我看来,代码看起来更整洁了(见下文)。

例子:

一个数据库对象。为了确保使用了DB连接,必须打开并关闭它。通过使用RAII,这可以在构造函数/析构函数中完成。

C+像火车

void someFunc()
{
    DB    db("DBDesciptionString");
    // Use the db object.

} // db goes out of scope and destructor closes the connection.
  // This happens even in the presence of exceptions.

RAII的使用使得正确使用DB对象变得非常容易。DB对象将通过使用析构函数正确地关闭自身,无论我们如何尝试和滥用它。

Java终于来了

void someFunc()
{
    DB      db = new DB("DBDesciptionString");
    try
    {
        // Use the db object.
    }
    finally
    {
        // Can not rely on finaliser.
        // So we must explicitly close the connection.
        try
        {
            db.close();
        }
        catch(Throwable e)
        {
           /* Ignore */
           // Make sure not to throw exception if one is already propagating.
        }
    }
}

当最终使用对象时,对象的正确使用委托给对象的用户。例如,正确地显式地关闭DB连接是对象用户的责任。现在,您可能会认为这可以在终结器中完成,但资源可能有有限的可用性或其他约束,因此您通常希望控制对象的释放,而不是依赖于垃圾收集器的非确定性行为。

这也是一个简单的例子。 当需要释放多个资源时,代码可能会变得复杂。

更详细的分析可以在这里找到:http://accu.org/index.php/journals/236


try
{
  ...
  goto finally;
}
catch(...)
{
  ...
  goto finally;
}
finally:
{
  ...
}

很抱歉挖了这么老的一个线程,但下面的推理有一个重大错误:

RAII将异常安全的责任从对象的用户转移到对象的设计者(和实现者)。我认为这是正确的地方,因为你只需要让异常安全正确一次(在设计/实现中)。通过使用finally,您需要在每次使用对象时都获得正确的异常安全性。

通常情况下,你必须处理动态分配的对象,动态数量的对象等。在try块中,一些代码可能会创建许多对象(有多少是在运行时确定的),并将指向它们的指针存储在一个列表中。现在,这不是一个奇异的场景,但很常见。在这种情况下,你会想写这样的东西

void DoStuff(vector<string> input)
{
  list<Foo*> myList;

  try
  {    
    for (int i = 0; i < input.size(); ++i)
    {
      Foo* tmp = new Foo(input[i]);
      if (!tmp)
        throw;

      myList.push_back(tmp);
    }

    DoSomeStuff(myList);
  }
  finally
  {
    while (!myList.empty())
    {
      delete myList.back();
      myList.pop_back();
    }
  }
}

当然,当超出作用域时,列表本身将被销毁,但这不会清除您创建的临时对象。

相反,你必须走一条丑陋的路:

void DoStuff(vector<string> input)
{
  list<Foo*> myList;

  try
  {    
    for (int i = 0; i < input.size(); ++i)
    {
      Foo* tmp = new Foo(input[i]);
      if (!tmp)
        throw;

      myList.push_back(tmp);
    }

    DoSomeStuff(myList);
  }
  catch(...)
  {
  }

  while (!myList.empty())
  {
    delete myList.back();
    myList.pop_back();
  }
}

另外:为什么即使是托管语言也会提供一个final块,尽管垃圾收集器会自动释放资源?

提示:使用“finally”可以做的不仅仅是内存释放。


为什么即使是托管语言也会提供final块,尽管垃圾收集器会自动释放资源?

实际上,基于垃圾收集器的语言需要更多的“finally”。垃圾收集器不会及时销毁您的对象,因此不能依赖它正确地清理与内存无关的问题。

就动态分配数据而言,许多人认为应该使用智能指针。

然而……

RAII将异常安全的责任从对象的用户转移到设计人员

可悲的是,这是它自己的失败。旧的C编程习惯很难改掉。当您使用用C或非常C风格编写的库时,将不会使用RAII。除了重写整个API前端,这就是你必须要处理的。那么,“终于”这个词的缺失真的很伤人。


不一定,但你可以在一定程度上模仿他们,例如:

int * array = new int[10000000];
try {
  // Some code that can throw exceptions
  // ...
  throw std::exception();
  // ...
} catch (...) {
  // The finally-block (if an exception is thrown)
  delete[] array;
  // re-throw the exception.
  throw; 
}
// The finally-block (if no exception was thrown)
delete[] array;

注意,final -block本身可能在原始异常被重新抛出之前抛出一个异常,从而丢弃原始异常。这与Java final -block中的行为完全相同。同样,你不能在try&catch块中使用return。


正如许多人所说,解决方案是使用c++ 11的特性来避免最终阻塞。其中一个特性是unique_ptr。

以下是Mephane使用RAII模式编写的答案。

#include <vector>
#include <memory>
#include <list>
using namespace std;

class Foo
{
 ...
};

void DoStuff(vector<string> input)
{
    list<unique_ptr<Foo> > myList;

    for (int i = 0; i < input.size(); ++i)
    {
      myList.push_back(unique_ptr<Foo>(new Foo(input[i])));
    }

    DoSomeStuff(myList);
}

这里有更多关于在c++标准库容器中使用unique_ptr的介绍


RAII通常更好,但在c++中可以很容易地获得finally语义。使用少量的代码。

此外,c++核心指南最后给出了。

这里有一个到GSL微软实现的链接和一个到Martin Moene实现的链接

Bjarne Stroustrup多次表示,GSL中的所有内容最终都将被纳入标准。所以它最终应该是一种经得起考验的使用方式。

如果你想,你可以很容易地实现自己,继续阅读。

在c++ 11中RAII和lambdas允许做出一般的最后:

namespace detail { //adapt to your "private" namespace
template <typename F>
struct FinalAction {
    FinalAction(F f) : clean_{f} {}
   ~FinalAction() { if(enabled_) clean_(); }
    void disable() { enabled_ = false; };
  private:
    F clean_;
    bool enabled_{true}; }; }

template <typename F>
detail::FinalAction<F> finally(F f) {
    return detail::FinalAction<F>(f); }

使用示例:

#include <iostream>
int main() {
    int* a = new int;
    auto delete_a = finally([a] { delete a; std::cout << "leaving the block, deleting a!\n"; });
    std::cout << "doing something ...\n"; }

输出将是:

doing something...
leaving the block, deleting a!

就我个人而言,我多次使用这个方法来确保在c++程序中关闭POSIX文件描述符。

有一个真正的类来管理资源,从而避免任何类型的泄漏通常是更好的,但这最终是有用的情况下,使一个类听起来有点多余。

此外,我喜欢它胜过其他语言,因为如果自然地使用它,你可以在开始代码附近编写结束代码(在我的例子中是new和delete),并且在c++中按照后进先出(LIFO)的顺序进行构造。唯一的缺点是你得到了一个你并不真正使用的auto变量,lambda语法使它有点嘈杂(在我的例子中,在第四行中,只有单词finally和右边的{}块是有意义的,其余的基本上都是嘈杂的)。

另一个例子:

 [...]
 auto precision = std::cout.precision();
 auto set_precision_back = finally( [precision, &std::cout]() { std::cout << std::setprecision(precision); } );
 std::cout << std::setprecision(3);

如果只有在失败的情况下才必须调用finally,则disable成员非常有用。例如,你必须在三个不同的容器中复制一个对象,你可以设置finally来撤销每次复制,并在所有复制成功后禁用。这样做,如果破坏不能扔,你就保证了强有力的保证。

禁用的例子:

//strong guarantee
void copy_to_all(BIGobj const& a) {
    first_.push_back(a);
    auto undo_first_push = finally([first_&] { first_.pop_back(); });

    second_.push_back(a);
    auto undo_second_push = finally([second_&] { second_.pop_back(); });

    third_.push_back(a);
    //no necessary, put just to make easier to add containers in the future
    auto undo_third_push = finally([third_&] { third_.pop_back(); });

    undo_first_push.disable();
    undo_second_push.disable();
    undo_third_push.disable(); }

如果你不能使用c++ 11,你仍然可以使用,但是代码会变得有点冗长。只需定义一个只有构造函数和析构函数的结构,构造函数引用所需的任何内容,而析构函数执行所需的操作。这就是lambda的作用,手动完成。

#include <iostream>
int main() {
    int* a = new int;

    struct Delete_a_t {
        Delete_a_t(int* p) : p_(p) {}
       ~Delete_a_t() { delete p_; std::cout << "leaving the block, deleting a!\n"; }
        int* p_;
    } delete_a(a);

    std::cout << "doing something ...\n"; }

希望你能使用c++ 11,这段代码更多地是为了表明“c++最终不支持”是如何从c++的最初几周开始就毫无意义的,甚至在c++得到它的名字之前就可以编写这种代码。


编辑

如果你不中断/继续/返回等等,你可以添加一个捕获到任何未知的异常,并把always代码放在它后面。这也是当您不需要重新抛出异常的时候。

try{
   // something that might throw exception
} catch( ... ){
   // what to do with uknown exception
}

//final code to be called always,
//don't forget that it might throw some exception too
doSomeCleanUp(); 

那么问题是什么呢?

通常,在其他编程语言中,finally通常无论如何都运行(通常是指不管任何返回、中断、继续等等),除了某种系统exit()——这在每种编程语言中有很大不同——例如,PHP和Java只是在那一刻退出,但Python无论如何都执行finally,然后退出。

但是我上面描述的代码并不是这样工作的 =>下面的代码只输出一些错误!:

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string>

std::string test() {
    try{
       // something that might throw exception
       throw "exceptiooon!";

       return "fine";
    } catch( ... ){
       return "something wrong!";
    }
    
    return "finally";
}

int main(void) {
    
    std::cout << test();
    
    
    return 0;
}

我有一个用例,我认为它最终应该是c++ 11语言中完全可以接受的一部分,因为我认为从流的角度来看,它更容易阅读。我的用例是线程的消费者/生产者链,其中在运行结束时发送一个哨兵nullptr以关闭所有线程。

如果c++支持它,你会希望你的代码看起来像这样:

    extern Queue downstream, upstream;

    int Example()
    {
        try
        {
           while(!ExitRequested())
           {
             X* x = upstream.pop();
             if (!x) break;
             x->doSomething();
             downstream.push(x);
           } 
        }
        finally { 
            downstream.push(nullptr);
        }
    }

我认为把finally声明放在循环的开始更符合逻辑,因为它发生在循环退出之后……但这只是一厢情愿的想法,因为我们无法在c++中实现它。注意,下游队列连接到另一个线程,所以你不能在下游的析构函数中放入哨兵推(nullptr),因为此时它不能被销毁……它需要保持活动状态,直到另一个线程接收到nullptr。

下面是如何使用带有lambda的RAII类来做同样的事情:

    class Finally
    {
    public:

        Finally(std::function<void(void)> callback) : callback_(callback)
        {
        }
        ~Finally()
        {
            callback_();
        }
        std::function<void(void)> callback_;
    };

下面是你如何使用它:

    extern Queue downstream, upstream;

    int Example()
    {
        Finally atEnd([](){ 
           downstream.push(nullptr);
        });
        while(!ExitRequested())
        {
           X* x = upstream.pop();
           if (!x) break;
           x->doSomething();
           downstream.push(x);
        }
    }

我想出了一个finally宏,可以像¹Java中的finally关键字一样使用;它使用std::exception_ptr及其友项,lambda函数和std::promise,因此它要求c++ 11或以上;它还使用了clang也支持的复合语句表达式GCC扩展。

警告:这个答案的早期版本使用了这个概念的不同实现,有更多的限制。

首先,让我们定义一个helper类。

#include <future>

template <typename Fun>
class FinallyHelper {
    template <typename T> struct TypeWrapper {};
    using Return = typename std::result_of<Fun()>::type;

public:    
    FinallyHelper(Fun body) {
        try {
            execute(TypeWrapper<Return>(), body);
        }
        catch(...) {
            m_promise.set_exception(std::current_exception());
        }
    }

    Return get() {
        return m_promise.get_future().get();
    }

private:
    template <typename T>
    void execute(T, Fun body) {
        m_promise.set_value(body());
    }

    void execute(TypeWrapper<void>, Fun body) {
        body();
    }

    std::promise<Return> m_promise;
};

template <typename Fun>
FinallyHelper<Fun> make_finally_helper(Fun body) {
    return FinallyHelper<Fun>(body);
}

然后是实际的宏观。

#define try_with_finally for(auto __finally_helper = make_finally_helper([&] { try 
#define finally });                         \
        true;                               \
        ({return __finally_helper.get();})) \
/***/

它可以这样使用:

void test() {
    try_with_finally {
        raise_exception();
    }    

    catch(const my_exception1&) {
        /*...*/
    }

    catch(const my_exception2&) {
        /*...*/
    }

    finally {
        clean_it_all_up();
    }    
}

使用std::promise使其非常容易实现,但它可能也引入了相当多不必要的开销,这些开销可以通过只从std::promise中重新实现所需的功能来避免。


注意:有一些东西不像java版本的finally那样工作。我能想到的是:

it's not possible to break from an outer loop with the break statement from within the try and catch()'s blocks, since they live within a lambda function; there must be at least one catch() block after the try: it's a C++ requirement; if the function has a return value other than void but there's no return within the try and catch()'s blocks, compilation will fail because the finally macro will expand to code that will want to return a void. This could be, err, avoided by having a finally_noreturn macro of sorts.

总而言之,我不知道我自己是否会使用这些东西,但玩它很有趣。:)


另一个“finally”块模拟使用c++ 11 lambda函数

template <typename TCode, typename TFinallyCode>
inline void with_finally(const TCode &code, const TFinallyCode &finally_code)
{
    try
    {
        code();
    }
    catch (...)
    {
        try
        {
            finally_code();
        }
        catch (...) // Maybe stupid check that finally_code mustn't throw.
        {
            std::terminate();
        }
        throw;
    }
    finally_code();
}

让我们希望编译器会优化上面的代码。

现在我们可以这样写代码:

with_finally(
    [&]()
    {
        try
        {
            // Doing some stuff that may throw an exception
        }
        catch (const exception1 &)
        {
            // Handling first class of exceptions
        }
        catch (const exception2 &)
        {
            // Handling another class of exceptions
        }
        // Some classes of exceptions can be still unhandled
    },
    [&]() // finally
    {
        // This code will be executed in all three cases:
        //   1) exception was not thrown at all
        //   2) exception was handled by one of the "catch" blocks above
        //   3) exception was not handled by any of the "catch" block above
    }
);

如果你愿意,你可以把这个习语包装成“try - finally”宏:

// Please never throw exception below. It is needed to avoid a compilation error
// in the case when we use "begin_try ... finally" without any "catch" block.
class never_thrown_exception {};

#define begin_try    with_finally([&](){ try
#define finally      catch(never_thrown_exception){throw;} },[&]()
#define end_try      ) // sorry for "pascalish" style :(

现在"finally"块在c++ 11中可用:

begin_try
{
    // A code that may throw
}
catch (const some_exception &)
{
    // Handling some exceptions
}
finally
{
    // A code that is always executed
}
end_try; // Sorry again for this ugly thing

就我个人而言,我不喜欢“宏”版本的“finally”习语,宁愿使用纯粹的“with_finally”函数,即使在这种情况下语法更笨重。

您可以在这里测试上面的代码:http://coliru.stacked-crooked.com/a/1d88f64cb27b3813

PS

如果你的代码中需要一个finally块,那么作用域守卫或ON_FINALLY/ON_EXCEPTION宏可能会更好地满足你的需求。

下面是ON_FINALLY/ON_EXCEPTION的用法示例:

void function(std::vector<const char*> &vector)
{
    int *arr1 = (int*)malloc(800*sizeof(int));
    if (!arr1) { throw "cannot malloc arr1"; }
    ON_FINALLY({ free(arr1); });

    int *arr2 = (int*)malloc(900*sizeof(int));
    if (!arr2) { throw "cannot malloc arr2"; }
    ON_FINALLY({ free(arr2); });

    vector.push_back("good");
    ON_EXCEPTION({ vector.pop_back(); });

    ...

As pointed out in the other answers, C++ can support finally-like functionality. The implementation of this functionality that is probably closest to being part of the standard language is the one accompanying the C++ Core Guidelines, a set of best practices for using C++ edited by Bjarne Stoustrup and Herb Sutter. An implementation of finally is part of the Guidelines Support Library (GSL). Throughout the Guidelines, use of finally is recommended when dealing with old-style interfaces, and it also has a guideline of its own, titled Use a final_action object to express cleanup if no suitable resource handle is available.

因此,c++不仅最终支持,实际上还建议在许多常见用例中使用它。

GSL实现的示例使用如下所示:

#include <gsl/gsl_util.h>

void example()
{
    int handle = get_some_resource();
    auto handle_clean = gsl::finally([&handle] { clean_that_resource(handle); });

    // Do a lot of stuff, return early and throw exceptions.
    // clean_that_resource will always get called.
}

GSL的实现和使用与Paolo中的非常相似。Bolzoni的回答。一个区别是gsl::finally()创建的对象缺少disable()调用。如果您需要该功能(例如,在资源组装完成后返回资源,并且不会发生任何异常),那么您可能更喜欢Paolo的实现。否则,使用GSL就相当于使用标准化的特性。


I also think that RIIA is not a fully useful replacement for exception handling and having a finally. BTW, I also think RIIA is a bad name all around. I call these types of classes 'janitors' and use them a LOT. 95% of the time they are neither initializing nor acquiring resources, they are applying some change on a scoped basis, or taking something already set up and making sure it's destroyed. This being the official pattern name obsessed internet I get abused for even suggesting my name might be better.

我只是认为不合理的做法是,要求某些特殊列表的每一个复杂设置都必须编写一个类来包含它,以避免在清理过程中出现问题时需要捕获多个异常类型时的复杂性。这将导致大量的临时类,否则这些类是不必要的。

是的,对于专为管理特定资源而设计的类,或者专为处理一组类似资源而设计的泛型类,这是没问题的。但是,即使所有涉及的东西都有这样的包装器,清理的协调也可能不仅仅是简单的反序析构函数调用。

我认为c++有一个final。我的意思是,天哪,在过去的几十年里,它被粘上了这么多零碎的东西,似乎奇怪的是,人们突然对一些东西变得保守起来,比如最终,它可能非常有用,可能不像其他一些已经添加的东西那么复杂(尽管这只是我的猜测)。