高阶流程控制语句（五）: 用 delimited continuation 实现 RAII

16 May 2012

什么是RAII？

RAII 就是在进入代码块的时候运行构造函数，在退出代码块的时候运行析构函数。C++ 原生支持 RAII：

class Resource {
public:
    Resource() { init...; }
    ~Resource() { fini...; }
};

int main() {
    Resource resource;
}

RAII 的实现: using

C#有个语法糖 using，支持对 IDispose 接口的 RAII：

using (MyResource myRes = new MyResource())
{
    myRes.DoSomething();
}

展开成实际代码就是：

MyResource myRes= new MyResource();
try
{
    myRes.DoSomething();
}
finally
{
    if (myRes!= null) ((IDisposable)myRes).Dispose();
}

Scala 可以自己实现 using 函数：

def using[T <: { def dispose: Unit }, R](resource: => T)(block: (T) => R) = {
  var res = resource
  try {
    block(res)
  } finally {
    if (res != null) res.dispose
  }
}

使用起来也跟 C# 的方法差不多：

class Res {
  println("init")
  def dispose = { println("fini") }
  def work = { println("work") }
}

using(new Res) { _.work }

这个实现有个麻烦的地方，如果多层 using 套用的话，代码会乱成一坨：

using(new Res) { res1 =>
  using(new Res) { res2 =>
    using(new Res) { res3 =>
      using(new Res) { res4 =>
        doSomething
      }
    }
  }
}

RAII 的实现: reset/shift

现在我们用 reset/shift 实现 RAII

import scala.util.continuations._

def managed[T <: { def dispose: Unit }](resource: => T): T @suspendable =
  shift { k =>
    val res = resource
    try {
      k(res)
    } finally {
      res.dispose
    }
  }

与之前的 using 实现类似，但是 using 使用一个闭包 block 作为参数，这里没有使用闭包作为参数，而是使用了 shift 捕获了后续的代码块，赋给 shift 的参数 k，我们先调用 k 然后再调用 dispose，可以做到析构函数类似的效果。这样 managed 函数在使用的时候也比 using 方便很多，需要做的就是在用 reset 把变量的作用域包起来：

class Res(name: String) {
  println("init: " + name)
  def dispose = { println("fini: " + name) }
  def work = { println("work: " + name) }
}

reset {
  val res = managed(new Res("X"))
  res.work
}

init: X
work: X
fini: X

这样使用多个资源也不会出现嵌套的问题了，而且会按照初始化相反的顺序进行析构：

reset {
  val res1 = managed(new Res("A"))
  val res2 = managed(new Res("B"))
  val res3 = managed(new Res("C"))
  val res4 = managed(new Res("D"))
  res1.work
  res2.work
  res3.work
}

init: A
init: B
init: C
init: D
work: A
work: B
work: C
fini: D
fini: C
fini: B
fini: A

备注: Scala 中 continuation 的使用

从官网下载 Scala 解压后 bin 目录下有名称为 scala 的可执行文件，如果要使用 continuation 必须添加参数 -P:continuations:enable，下面是以运行本文中的例子：

$ ./scala -P:continuations:enable
Welcome to Scala version 2.9.2 (OpenJDK 64-Bit Server VM, Java 1.6.0_24).
Type in expressions to have them evaluated.
Type :help for more information.

scala> import scala.util.continuations._
import scala.util.continuations._

scala> def managed[T <: { def dispose: Unit }](resource: => T): T @suspendable =
     |   shift { k =>
     |     val res = resource
     |     try {
     |       k(res)
     |     } finally {
     |       res.dispose
     |     }
     |   }
managed: [T <: AnyRef{def dispose: Unit}](resource: => T)T @scala.util.continuations.cpsParam[Unit,Unit]

scala> class Res(name: String) {
     |   println("init: " + name)
     |   def dispose = { println("fini: " + name) }
     |   def work = { println("work: " + name) }
     | }
defined class Res

scala> reset {
     |   val res = managed(new Res("X"))
     |   res.work
     | }
init: X
work: X
fini: X

scala>

functional programming 9