C++ 无异常抛出保证：`noexcept` 关键字的正确使用

C++ 的 "免死金牌"：`noexcept` 的正确打开方式

各位看官，今天咱们聊点硬核的，但保证不让你打瞌睡。C++ 这门语言，就像个武林高手，招式繁多，内功深厚。今天我们要聊的，就是它的一门“免死金牌”—— noexcept。别看名字冷冰冰的，用好了，能让你的程序在江湖上行走时，多一份保障，少一份“走火入魔”的风险。

一、啥是 noexcept？简单来说，就是“我保证不扔锅！”

想象一下，你是一位大厨，正在烹饪一道精美的大餐。突然，你一不小心，把锅给扔了！厨房瞬间乱成一团，食客们嗷嗷待哺。这就是 C++ 里“异常”带来的问题。当程序运行过程中遇到错误，它可能会“抛出异常”，就像大厨扔锅一样。

noexcept 的作用，就是告诉编译器：“哥们，我这块代码，保证不扔锅！就算遇到啥问题，我也自己消化，绝不影响大局。” 它就像一个承诺，让编译器可以放心地对你的代码进行优化，因为它知道，你的代码不会突然抛出一个异常，打乱整个程序的节奏。

二、为什么要用 noexcept？不仅仅是为了“不扔锅”

你可能会问，既然异常处理是 C++ 的特色，为什么还要用 noexcept 来限制它呢？难道我们程序员都是胆小鬼，不敢面对异常吗？当然不是！使用 noexcept，主要有以下几个好处：

性能优化： 编译器是聪明的，但有时候也需要我们的提示。如果你告诉编译器某个函数不会抛出异常，它就可以进行更激进的优化，比如内联函数、减少栈展开的开销等等。这就像给赛车加了个涡轮增压，速度嗖嗖地就上去了。
异常安全保证： C++ 强调“异常安全”，也就是说，即使程序抛出异常，也要保证数据的一致性和资源的正确释放。 noexcept 函数可以简化异常安全的设计，因为你知道它不会抛出异常，所以可以避免一些复杂的清理工作。想象一下，你在玩叠积木，如果知道不会倒塌，你就可以更放心地往上叠，不用担心前功尽弃。
标准库的要求： C++ 标准库中的很多函数，特别是移动构造函数和移动赋值运算符，都要求是 noexcept 的。这是因为这些函数在很多关键的场合被使用，比如容器的重新分配内存。如果这些函数抛出异常，可能会导致数据丢失或者程序崩溃。就像盖房子，地基一定要稳固，否则整个房子都会摇摇欲坠。

三、 noexcept 的正确打开方式：并非万能药，要谨慎使用

noexcept 虽好，但也不能滥用。它就像一把双刃剑，用对了能提升性能，用错了可能会适得其反。

明确你的承诺： noexcept 是一个承诺，一旦你声明一个函数是 noexcept 的，你就必须保证它真的不会抛出异常。如果你的函数实际上可能会抛出异常，那么编译器会直接调用 std::terminate() 终止程序，这可不是闹着玩的。就像你跟别人保证“我绝对不会迟到”，结果你每次都迟到，那你的信誉就彻底破产了。
考虑异常转换： 有时候，你无法完全避免函数抛出异常，但你可以通过异常转换的方式来满足 noexcept 的要求。比如，你可以使用 try...catch 块捕获异常，然后将它转换为其他类型的异常，或者直接记录日志并忽略它。这就像把一个炸弹拆解成一个鞭炮，虽然还是有动静，但不会造成太大的破坏。
区分 noexcept 和 noexcept(true/false)： noexcept 等价于 noexcept(true)，表示函数绝对不会抛出异常。 noexcept(false) 表示函数可能会抛出异常，但它并不是一个强制性的约束，编译器仍然可以进行一些优化。 noexcept(表达式) 则可以根据表达式的值来决定函数是否会抛出异常。这种灵活性可以让你更好地控制异常的行为。
小心调用链： 如果一个 noexcept 函数调用了其他可能会抛出异常的函数，那么你需要特别小心。你需要确保这些函数在抛出异常时，不会影响 noexcept 函数的承诺。这就像一个团队合作，每个人都要保证自己的工作不出错，否则整个团队都会受到影响。

四、举几个栗子： noexcept 的应用场景

移动构造函数和移动赋值运算符： 这是 noexcept 最常见的应用场景。移动操作的目的是为了高效地转移资源，如果移动操作抛出异常，可能会导致资源丢失或者数据损坏。因此，C++ 标准强烈建议将移动构造函数和移动赋值运算符声明为 noexcept 的。

class MyString {
private:
    char* data;
    size_t length;

public:
    // 移动构造函数
    MyString(MyString&& other) noexcept
        : data(other.data), length(other.length) {
        other.data = nullptr;
        other.length = 0;
    }

    // 移动赋值运算符
    MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete[] data;
            data = other.data;
            length = other.length;
            other.data = nullptr;
            other.length = 0;
        }
        return *this;
    }
};

析构函数： 析构函数一般不应该抛出异常。如果在析构函数中抛出异常，可能会导致程序崩溃或者资源泄露。因此，C++ 强烈建议将析构函数声明为 noexcept 的。当然，如果你确定析构函数不会抛出异常，也可以省略 noexcept 声明。
```
class MyFile {
private:
    FILE* file;

public:
    MyFile(const char* filename) : file(fopen(filename, "r")) {
        if (!file) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }
    }

    ~MyFile() noexcept {
        if (file) {
            fclose(file);
        }
    }
};
```
内存分配函数： operator new 和 operator delete 通常不应该抛出异常。如果内存分配失败，它们通常会返回 nullptr 或者抛出 std::bad_alloc 异常。但是，在某些情况下，你可能需要自定义内存分配函数，并且保证它们不会抛出异常。
```
void* operator new(size_t size) noexcept {
    void* ptr = malloc(size);
    if (!ptr) {
        return nullptr; // 返回 nullptr，而不是抛出异常
    }
    return ptr;
}

void operator delete(void* ptr) noexcept {
    free(ptr);
}
```
其他性能关键的函数： 对于一些性能要求很高的函数，比如排序算法、查找算法等等，你可以考虑使用 noexcept 来提升性能。但是，你需要仔细分析这些函数是否真的不会抛出异常，并且做好充分的测试。

五、总结： noexcept 是一个强大的工具，但要谨慎使用

noexcept 是 C++ 中一个非常有用的关键字，它可以帮助你编写更高效、更安全的程序。但是，它也是一个需要谨慎使用的工具。你需要充分理解 noexcept 的含义和作用，并且仔细分析你的代码，才能正确地使用它。

记住，noexcept 不是万能药，它不能解决所有的问题。它只是一个工具，可以帮助你更好地控制程序的行为。只有当你真正理解了异常处理的机制，才能更好地利用 noexcept 来提升程序的质量。

希望这篇文章能帮助你更好地理解 noexcept，并且在你的 C++ 编程之旅中，多一份保障，少一份风险。祝你编程愉快！

C++ 的 "免死金牌"：noexcept 的正确打开方式

发表回复 取消回复

C++ 的 "免死金牌"：`noexcept` 的正确打开方式

发表回复取消回复