オブジェクトの有効期間とリソースの管理 (RAII)

[アーティクル]
04/03/2023

マネージド言語とは異なり、C++ には、プログラムの実行時にヒープメモリやその他のリソースを解放する内部プロセスである自動 ガベージコレクションはありません。 C++ プログラムでは、取得したすべてのリソースがオペレーティングシステムに返されます。未使用のリソースを解放できない状態は "リーク" と呼ばれます。リークしたリソースは、プロセスが終了するまで他のプログラムでは使用できません。特にメモリリークは、C スタイルのプログラミングのバグの一般的な原因です。

最新の C++ では、スタックでオブジェクトを宣言することで、ヒープメモリを可能な限り使用しないようにします。リソースがスタックに対して大きすぎる場合は、オブジェクトがそのリソースを "所有" する必要があります。オブジェクトが初期化されると、所有するリソースを取得します。オブジェクトは、そのデストラクターでリソースを解放する必要があります。所有オブジェクト自体はスタックで宣言されます。 "オブジェクトがリソースを所有する" 原則は、"リソース取得は初期化である" (RAII) とも呼ばれます。

リソースを所有するスタックオブジェクトがスコープ外に出ると、そのデストラクターが自動的に呼び出されます。このように、C++ のガベージコレクションはオブジェクトの有効期間と密接に関連しており、確定的な処理です。リソースは常にプログラムの既知のポイントで解放されます。これは制御可能です。メモリリソースと非メモリリソースを等しく処理できるのは、C++ のデストラクターのような確定的なデストラクターのみです。

次の例は、単純なオブジェクト w を示しています。これはスタックの関数スコープで宣言され、関数ブロックの末尾で破棄されます。オブジェクト w は "リソース" (ヒープ割り当てメモリなど) を所有しません。その唯一のメンバーである g はスタックで宣言され、w と共に単にスコープ外に出ます。 widget デストラクターに特別なコードは必要はありません。

class widget {
private:
    gadget g;   // lifetime automatically tied to enclosing object
public:
    void draw();
};

void functionUsingWidget () {
    widget w;   // lifetime automatically tied to enclosing scope
                // constructs w, including the w.g gadget member
    // ...
    w.draw();
    // ...
} // automatic destruction and deallocation for w and w.g
  // automatic exception safety,
  // as if "finally { w.dispose(); w.g.dispose(); }"

次の例では、w はメモリリソースを所有します。そのため、メモリを削除するには、デストラクターにコードが必要です。

class widget
{
private:
    int* data;
public:
    widget(const int size) { data = new int[size]; } // acquire
    ~widget() { delete[] data; } // release
    void do_something() {}
};

void functionUsingWidget() {
    widget w(1000000);  // lifetime automatically tied to enclosing scope
                        // constructs w, including the w.data member
    w.do_something();

} // automatic destruction and deallocation for w and w.data

C++11 以降では、前の例を記述するためのより適切な方法として、標準ライブラリのスマートポインターを使用します。スマートポインターは、所有しているメモリの割り当てと削除を処理します。スマートポインターを使用すると、widget クラスに明示的なデストラクターが不要になります。

#include <memory>
class widget
{
private:
    std::unique_ptr<int[]> data;
public:
    widget(const int size) { data = std::make_unique<int[]>(size); }
    void do_something() {}
};

void functionUsingWidget() {
    widget w(1000000);  // lifetime automatically tied to enclosing scope
                        // constructs w, including the w.data gadget member
    // ...
    w.do_something();
    // ...
} // automatic destruction and deallocation for w and w.data

メモリ割り当てにスマートポインターを使用すると、メモリリークの可能性を排除できます。このモデルは、ファイルハンドルやソケットなどの他のリソースに対しても有効です。クラスでも同様の方法で独自のリソースを管理できます。詳細については、「スマートポインター」を参照してください。

C++ の設計により、オブジェクトはスコープ外に出ると破棄されます。つまり、オブジェクトはブロックが終了すると、構築時とは逆の順序で破棄されます。オブジェクトが破棄されると、そのベースとメンバーは特定の順序で破棄されます。グローバルスコープにおいてブロックの外部で宣言されたオブジェクトが問題を引き起こす可能性があります。グローバルオブジェクトのコンストラクターが例外をスローした場合は、デバッグが困難になる可能性があります。

オブジェクトの有効期間とリソースの管理 (RAII)

関連項目

フィードバック

フィードバック

その他のリソース