现代 C++ 入门： RAII 内存管 理 by 彭于斌（ github@archibate ） 往期录播： https://space.bilibili.com/263032155 PPT 和代码： https://github.com/parallel101/course 高性能并行编程与优化 - 课程大纲 • 分为前半段和后半段，前半段主要介绍现代 C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： OpenMP 与 Intel TBB 7.被忽视的访存优化：内存带宽与 义，实现在另一个文件时！ C++ 思想： RAII （ Resource Acquisition Is Initialization ） 资源获取视为初始化，反之，资源释放视为销毁 C++ 除了用于初始化的构造函数（ constructor ） 还包括了用于销毁的解构函数（ destructor ） 离开 {} 作用域自动释放 手动释放 RAII ：避免犯错误 与 Java ， Python

• 分为前半段和后半段，前半段主要介绍现代 C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： CUDA Toolkit 10.0 以上（ GPU 专题） 温馨提示： 1. 会用到第二讲（ RAII 与智能指针）里的知识 2. 课件中一部分代码是基于 C++17 的 个人认为， C++11 中很多特性， 其实可以看做是为了支持多线程而 顺带引入的……如 chrono 、移动 、 lambda 、 RAII…… 第 0 章：时间 C 语言如何处理时间： time.h • long t0 = 可以用 std::thread 类的成员函数 join() 来等待该进程结束。 std::thread 的解构函数会销毁线程 • 作为一个 C++ 类， std::thread 同样遵循 RAII 思想和三五法则：因为管理着资源， 他自定义了解构函数，删除了拷贝构造 / 赋 值函数，但是提供了移动构造 / 赋值函数。 • 因此，当 t1 所在的函数退出时，就会调用 std::thread

• 分为前半段和后半段，前半段主要介绍现代 C++ ，后半段主要介绍并行编程与优化。 1.课程安排与开发环境搭建： cmake 与 git 入门 2.现代 C++ 入门：常用 STL 容器， RAII 内存管理 3.现代 C++ 进阶：模板元编程与函数式编程 4.编译器如何自动优化：从汇编角度看 C++ 5.C++11 起的多线程编程：从 mutex 到无锁并行 6.并行编程常用框架： has_value()) 等价 。 • 没错，这样看来 optional 是在模仿指针 ， nullopt 则模仿 nullptr 。但是他更安 全，且符合 RAII 思想，当设为 nullopt 时会自动释放内部的对象。 • 利用这一点可以实现 RAII 容器的提前 释放。和 unique_ptr 的区别在于他的 对象存储在栈上，效率更高。 variant ：安全的 union ，存储多个不同类型的值 有时候需要一个类型“要么存储 int ，要么存储 float” ，这时候就可以用 std::variant 。 • 和 union 相比， variant 符合 RAII 思想，更 加安全易用。 • 给 variant 赋值只需用普通的 = 即可。 • variant 的特点是只存储其中一种类型。 • tuple 的特点是每个类型都有存储。 • 请区分，根据实际情况选用适当的容器。

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 第 5 章智能指针与内存管理 52 5.1 RAII 与引用计数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.2 获得更好的性能。 std::tuple 虽然有效，但是标准库提供的功能有限，没办法满足运行期索引和迭代的需求，好在我 们还有其他的方法可以自行实现。 第 5 章智能指针与内存管理 5.1 RAII 与引用计数 了解 Objective-C/Swift 的程序员应该知道引用计数的概念。引用计数这种计数是为了防止内存泄 露而产生的。基本想法是对于动态分配的对象，进行引用计数，每当增加一次对同一个对象的引用，那 中，『记得』手动释放资源，总不是最佳实践。因为我们很有可能就忘记了去释放资源 而导致泄露。所以通常的做法是对于一个对象而言，我们在构造函数的时候申请空间，而在析构函数（在 离开作用域时调用）的时候释放空间，也就是我们常说的 RAII 资源获取即初始化技术。 凡事都有例外，我们总会有需要将对象在自由存储上分配的需求，在传统 C++ 里我们只好使用 new 和 delete 去『记得』对资源进行释放。而 C++11 引入了智

GC不能管理内存以外的其他资源(file/socket/stream) • 在系统编程领域，GC的运行时开销几乎难以容忍 • GC的终极目的是安全地释放内存 • Rust通过Ownership和RAII也能达到此目的，且性能更好 本次大会涉GC演讲 • Monica Beckwith 《性能工程师指南：玩转OpenJDK HotSpot垃圾收集器》 • 庄振运《OS造成的长时间非典型JVM in the heap ... ptr cap len ptr cap len 栈(Stack) 堆(Heap) 浅拷贝(Shallow Copy) 附加Move语义 Drop & RAII 变量(bindings)和资源(resources)的关系 Resources: memories, objects, connections, files, sockets, threads 同一个变量可能持有资源也可能不持有资源； 同一时刻有且只有一个变量唯一持有(Owns)某个资源。 持有资源的变量超出作用域或被另赋新值时，自动调用 资源析构函数(Drop)，无论该资源在堆上还是栈上。 Rust的RAII青出于蓝而胜于蓝（蓝=C++） (std::unique_ptr) Borrowing（租借使用权） Shared borrow (多人共享/只 读) Mutable borrow (独家修改和使用权)

abstraction ● 内存安全 ○ Build-in RAII / Ownership ○ No NULL ptr ● 万物皆有所有权 ○ Ownership system ○ Mutable and immutable reference ● 线程安全 ● 不相信程序员 内存安全 ● 所有权 ● RAII / Lifetime fn do_vec(v: Vec)

知道首地址和数组长度即可完全确定）。 • 用他来获取一个 C 语言原始指针 int * ， 很方便用于调用 C 语言的函数和 API 等 ，同时还能享受到 vector 容器 RAII 的安 全性。 • ~vector() noexcept; vector 容器： RAII 避免内存泄露 • 如果用 new/delete 或者 malloc/free 就很容易出现忘记释放内存的情况，造成内存泄露 。 • 而 vector

太复杂了？没关系，用 C++ 的容器库 • 如果你觉得这样自己管理内存太麻烦了，那是 正常的。对于不精通 C 语言的小白程序员来 说，很容易就忘记释放内存了。 • 因此 C++ 提供了符合 RAII 思想的 vector 容器，他会在自己解构时自动释放内存。 • 小白程序员只需要保证自己总是在用 C++ 封 装好的容器而不是 C 语言指针，就可以基本 保证没有内存泄露。但是封装的太好了也有效 语言硬核的 0 结尾字符 串，但还是害怕会发生内存越界的错误。 • 可以用 C++ 封装好的 string 容器和 cin 标准输入流。 cin 支持泛型， string 支持 自动扩容，符合 RAII 思想，可以避免小 白程序员犯错。 常见错误：以为是值比较，其实是指针比较 • 要记住：指针的 == 运算比较的是地址是 否相等，而字符串的本质是字符数组 char* ，所以用 == 比较是没有用的。

有一系列成员函数，例如 find/replace/substr…… • string 可以通过 s.c_str() 重新转换回古板的 const char * 。 • string 在离开作用域时自动释放内存 (RAII) ，不用手动 free 。 C++ 字符串和 C 字符串的不同 • C 语言字符串是单独一个 char *ptr ，自动以 ‘ \0’ 结尾。 • C++ 字符串是 string 类，其成员有两个： 串往往比较短很容易放进 15 字节的局部栈空间里；然而 vector 面对的往往是比较大的数据结构，有时还有智能指 针， std::thread 这种具有非平凡构造 / 析构函数的类型。对 vector 来说保障 RAII 的安全更重要，所以没有冒险优化。 string 的 append 实现 • append 和 resize 都会去调用 _M_append 这个内部函数。 • 他会检测 append 以后是否超过容量，决定是否要扩容数组。

牌得到。同时只有一个线程的 Mutex 对象获取到锁； 2.Mutex 通过 .lock() 或 .try_lock() 来尝试得到锁令牌，被保护的对 象，必须通过这两个方法返回的 RAII 守卫来调用，不能直接操作； 3.当 RAII 守卫作用域（MutexGuard）结束后，锁会自动解开； 4.在多线程中，Mutex 一般和 Arc 配合使用。 例子如下： use std::sync::mpsc::channel;