عشان معظم اللغات اللي بنستعملها فيها نوع من الـGarbage Collection, قليل اوي اللي بتلاقيه بيفكر فالـMemory بطريقة عملية. فيها اية يعني لو عملت new Foo()؟
عندك حق. لو بتستعمل لغة زي Java او Go, غالباً مش هتفكر فالموضوع كتير. بس, لو بتستعمل ++ C, الموضوع يختلف. اي Heap Allocation بتعملها بnew لازم تعملها Free بdelete. الموضوع بسيط, صح؟ لما اخلص حاجة, همسحها!
بالرغم من ان الموضوع بسيط سطحياً, البني ادمين بطبيعتهم خطائين. وبسبب دا, مايكروسوفت بتقول ان %70 من الـSecurity Bugs في منتجاتها بسبب Bugs ليها علاقة بالـMemory. اغلبية الـBugs دي بسبب Use After Free, يعني انك تستعمل vector معموله Allocation بـnew مثلاً بعد ماتعمله delete.
دا فحد ذاته بيثبت ان فكرة الnew و delete مش احسن حاجة, لأن حتى لما بتفتكر تعمل delete, ممكن تنسى وتستعمل الحاجة اللي انت عملتلها delete تاني بالغلط!
اللغات اللي فيها Garbage Collection مفيهاش مشاكل من النوع دا, بس انت بتدفع تمن تاني: الـGarbage Collection ذات نفسها.
ايوة غالباً مش هيبقى عندك Memory Bugs, بس الـGarbage Collection نفسها مش مجانية. الـRuntime بتاعت اللغة بتاخد وقت انها تشوف الحاجات اللي مش مستخدمة وتعملها Free!
ديسكورد حل المشكلة بتاعت الـGarbage Collection في الـServices بتاعتهم اللي بتستعمل Go بأنهم يعدلوا الـSettings بتاعت الـGarbage Collector نفسه, بس مثبتوش على قرارهم وقرروا يستعملوا لغة تانية لأن الحل مكنش احسن حاجة.
كدا احنا عندنا مشكلة. عايزين لغة سريعة كفاية بأنها تأدي احتياجاتنا, وفنفس الوقت يبقى صعب اننا نعمل Vulnerabilities بالغلط بسبب طريقتنا في استعمال الـMemory.
RAII - Resource acquisition Is Initialization
راي - Resource Acquisition Is Initialization. ممكن اسوء اسم فالعالم, بس بيشرح نفسه.
عشان نفهم اية هي راي, ونستعملها ازاي, محتاجين نتكلم بطريقة تجريدية شوية.
لو فكرنا فاللي احنا بنعمله في معظم اللغات الـObject Oriented, احنا بنعمل Variables و نعمل شوية حاجات على الـVariables دي. Functions, Methods مهما كان. بس الفكرة ان احنا منقدرش نستعمل حاجة الا لما نديلها اسم. الـvector اللي احنا بنعمله ممكن يبقى اسمه v مثلاً. هستعمل حاجة ازاي لو هي ملهاش وجود فالبرنامج نفسه؟
راي يعتبر مبني على الفكرة دي. اي “اسم” فالبرنامج هو المسؤول عن انه يحرر الـMemory اللي بيستعملها.
std::vector<int>* x = new std::vector<int>();فالكود دا, x هو الاسم, وهو مسؤول انه يحرر الـMemory بتاعت الـvector.
طب ودا؟
int y = 42;هنا في فرق.
الفرق هنا ان x مسؤول انه يحرر حاجة محطوطة في الـHeap. اي حاجة Dynamically allocated بـnew لازم تبقى في مكان الـMemory بتاعته تقدر تفضل بعد الـScope بتاعها.
فا هنا مثلاً:
#include <vector>
void foo() {
std::vector<int>* x = new std::vector<int>();
}الـMemory بتاعت الـVector مش هتتحرر بعد مالـFunction Call تخلص, لأنك بتستعمل new.
بس هنا:
void foo() {
int y = 42;
}24 دا موجود على الـStack. مش Dynamically Allocated, مستعملناش new, فالـMemory بتاعته هتتحرر لما الـFunction Call تخلص.
راي بتستعمل الفكرة دي للحاجات الـHeap Allocated.
اول لما اسم الـScope بتاعه يخلص, يعني مثلاً الـFunction Call اللي هو فيها تخلص, هو من مسؤوليته انه يحرر الـMemory بتاعت الـResource اللي هو ماسكه.
تمام زي الفل, نستعمل راي ازاي في++ C؟ الـStandard Library بتتيحلنا الامكانية دي في <memory>. الـType الاساسي اللي ممكن تستعمله هو unique_ptr. اسمه ممكن يكون مريب شوية زي RAII, بس هو فعلاً شارح هو بيعمل اية. هو Pointer ايوة, بس Unique…مميز. في حيث انه هو الشخص الوحيد المسؤول انه يحرر الـResource بتاعه.
كمثال:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
int main() {
std::unique_ptr<std::vector<int>> vec = std::make_unique<std::vector<int>>(5);
// الميموري بتخلص هنا.
return 0;
}ملاحظ ان مفيش ولا كلمة new فالكود؟ ولكن فعلاً الـvectorدا Dynamically Allocated.
عايز دليل؟ بص عالـAssembly.
main:
push rbp
mov rbp, rsp
push rbx
sub rsp, 24
mov DWORD PTR [rbp-20], 5
lea rax, [rbp-32]
lea rdx, [rbp-20]
mov rsi, rdx
mov rdi, rax
call std::__detail::_MakeUniq<std::vector<int, std::allocator<int>>>::__single_object std::make_unique<std::vector<int, std::allocator<int>>, int>(int&&)
mov ebx, 0
lea rax, [rbp-32]
mov rdi, rax
call std::unique_ptr<std::vector<int, std::allocator<int>>, std::default_delete<std::vector<int, std::allocator<int>>>>::~unique_ptr() [complete object destructor]
mov eax, ebx
mov rbx, QWORD PTR [rbp-8]
leave
ret
.LC0:
.string "cannot create std::vector larger than max_size()"هتلاحظ ان السطر التاني بيستعمل حاجة اسمها std::default_delete. لو بصينا على الـDocumentation هنلاقيها بتقول دا:
The non-specialized default_delete uses delete to deallocate memory for a single object
معنى ان الـType دا بيستعمل delete ان الـResource دا Dynamically Allocated!
هنا كنا بنستعمل راي في اننا نستعمل Dynamic Memory على الـHeap. بس, راي ممكن تستعملها بطريقة عامة اكتر. ملف مثلاً استعملته وعايز تقفله لما متكونش محتاجة.
الناهية
الهدف من البوست دا انه يظهر فكرة RAII اكتر, بس في حاجات كتير متكلمتش عنها. افرض انا عايز كذا حد يملك Resource واحد و محتاج الـResource دا استعمله في اماكن كتير؟
في الحالة دي هتستعمل shared_ptr. الـType دا بيستعمل Technique اسمه Reference Counting. الـTechnique دا بطيء نسبياً, فاخد بالك!
Fun Fact: كل Object انت بتعملها في Python هتلاقيها By default بتستعمل Reference Counting عشان تحدد الـMemory بتاعت الـObject دي تتحرر امتى!