使用智能指针管理文件资源并实现自定义清理

题目

使用智能指针管理文件资源并实现自定义清理

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

智能指针应用, 资源管理, 自定义删除器, 异常安全

快速回答

使用std::unique_ptr配合自定义删除器安全管理文件资源：

• 声明形式：std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> filePtr(fopen("data.txt", "r"), fclose)
• 自动调用fclose释放资源
• 确保异常安全，避免资源泄漏
• 支持移动语义，禁止拷贝

问题背景

在C++中管理文件资源时，传统方式需要手动调用fclose，若在打开和关闭之间发生异常或提前返回，会导致资源泄漏。智能指针配合自定义删除器可解决此问题。

解决方案

#include <memory>
#include <cstdio>

void processFile() {
    // 定义带自定义删除器的unique_ptr
    std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> filePtr(
        fopen("data.txt", "r"), 
        fclose
    );

    if (!filePtr) throw std::runtime_error("File open failed");

    // 使用文件（示例：读取字符）
    int ch = fgetc(filePtr.get());

    // 无需显式调用fclose - 自动释放
}

原理说明

• 自定义删除器：通过第二个模板参数指定清理函数（此处为fclose）
• RAII机制：文件打开即初始化资源，离开作用域时自动调用删除器
• 异常安全：即使fgetc抛出异常，文件仍会被正确关闭

最佳实践

• 优先使用std::fstream等C++标准库文件工具
• 必须使用C文件API时，采用此模式封装
• 对于数组资源：std::unique_ptr<int[], void(*)(int[])>
• C++17起可简写：std::unique_ptr filePtr(fopen(...), fclose)

常见错误

• 错误1：直接赋值FILE*给普通智能指针（类型不匹配）
• 错误2：删除器签名不匹配（如使用delete而非fclose）
• 错误3：在资源转移后重复使用原始指针

扩展知识

• std::shared_ptr自定义删除器：构造函数中指定，不影响类型
  std::shared_ptr<FILE> sp(fopen(...), fclose)
• Lambda删除器：处理复杂清理逻辑
  auto deleter = [](FILE* f) { /* 多步清理 */ };
• 对比finally：RAII相比try-finally更简洁安全