noexcept

解構函式 C++ · 發表 2019-04-07 21:09:04

摘要：一：C++ 98 中的異常描述符在 C++ 98 中，描述一個函式是否發生異常是這樣的， // in C++ 98 void func_not_throw() throw(); // 保證不會丟擲異常 void func_throw_int() throw(int); // 可能會...

一：C++ 98 中的異常描述符

在 C++ 98 中，描述一個函式是否發生異常是這樣的，

// in C++ 98

void func_not_throw() throw(); // 保證不會丟擲異常
void func_throw_int() throw(int); // 可能會丟擲一個型別為 int 的異常
void func_throw() throw(...); // 可能會丟擲某種型別的異常

但它有幾個弊端：

模板函式無法使用
```
template<class T>
void simple_func(T k)
{
T x(k);
x.do_something();
}
```
賦值函式、拷貝建構函式和do_something() 都有可能丟擲異常，這取決於型別T 的實現。
顯示指明異常型別後的重構
```
void func() throw(k_too_small_exception) // 顯示指明異常型別
{
int k = 3rd_lib_func(); // 一個第三方庫的介面
if (k < 0)
throw k_too_small_exception();
}
```
起初這個第三庫的介面不會丟擲異常，但若隨著這個第三庫的更新，3rd_lib_func() 加入了新的異常丟擲，那麼該函式也需要新加入異常型別。
異常丟擲後的棧展開（Stack Unwinding）
```
void func_not_throw() throw() // 保證不丟擲異常
{
...
throw 1; // 但還是有異常丟擲
}
```
在 C++ 98 中，它會在呼叫處進行棧展開（Stack Unwinding）操作，但從函式的宣告來看，程式設計師可能並不會對它進行try...catch... 異常處理，所以經過一幀幀的棧展開（Stack Unwinding）後，程式最終還是會終止，但不必要的棧展開（Stack Unwinding）還是做了。

最終你會發現，使用throw 異常說明符（Exception Specification），時常會感到它的雞肋、囉嗦和麻煩。因此 C++11 摒棄了throw 異常說明符（Exception Specification），並以一個新的說明符noexcept 代替。

二：C++ 11 noexcept

noexcept 緊跟在函式的引數列表後面，它只用來表明兩種狀態：“不拋異常”和“拋異常”。

void func_not_throw() noexcept; // 保證不丟擲異常
void func_not_throw() noexcept(true); // 和上式一個意思

void func_throw() noexcept(false); // 可能會丟擲異常
void func_throw(); // 和上式一個意思，若不顯示說明，預設是會丟擲異常（除了解構函式，詳見下面）

對於一個函式而言，noexcept 說明符要麼出現在該函式的所有宣告語句和定義語句，要麼一次也不出現。函式指標及該指標所指的函式必須具有一致的異常說明。在typedef 或類型別名中則不能出現noexcept 。在成員函式中，noexcept 說明符需要跟在const 及引用限定符之後，而在final 、override 或虛擬函式的=0 之前。

如果一個虛擬函式承諾了它不會丟擲異常，則後續派生的虛擬函式也必須做出同樣的承諾；與之相反，如果基類的虛擬函式允許丟擲異常，則派生類的虛擬函式既可以丟擲異常，也可以不允許丟擲異常。

需要注意的是，

編譯器不會檢查帶有noexcept說明符的函式是否有throw。

void func_not_throw() noexcept
{
throw 1; // 編譯通過，不會報錯（可能會有警告）
}

這會發生什麼呢？程式會直接呼叫std::terminate ，並且不會棧展開（也可能會呼叫或部分呼叫，取決於編譯器的實現）。另外，即使你有使用try...catch... ，也無法捕獲這個異常。

#include <iostream>
using namespace std;

void func_not_throw() noexcept
{
throw 1;
}

int main()
{
try
{
func_not_throw(); // 直接 terminate，不會被 catch
}
catch (int)
{
cout << "catch int" << endl;
}
return 0;
}

所以程式設計師在noexcept 的使用上要格外小心！

noexcept除了可以用作說明符（Specification），也可以用作運算子（Operator）。

noexcept 運算子是一個一元運算子，它的返回值是一個bool 型別的右值常量表達式，用於表示給定的表示式是否會丟擲異常。例如，

void f() noexcept
{
}

void g() noexcept(noexcept(f)) // g() 是否是 noexcept 取決於 f()
{
f();
}

其中noexcept(f) 返回true ，則上式就相當於void g() noexcept(true); 。

解構函式預設都是noexcept的。

C++ 11 標準規定，類的解構函式都是noexcept 的，除非顯示指定為noexcept(false) 。

class A
{
public:
A() {}
~A() {} // 預設不丟擲異常
};

class B
{
public:
B() {}
~B() noexcept(false) {} // 可能會丟擲異常
};

在為某個異常進行棧展開（Stack Unwinding）的時候，會依次呼叫當前作用域下每個區域性物件的解構函式，如果這個時候解構函式又丟擲自己的未經處理的另一個異常，將會導致std::terminate 。所以解構函式應該從不丟擲異常。

三：顯示指定異常說明符的益處

語義
從語義上，noexcept 對於程式設計師之間的交流是有利的，就像const 限定符一樣。
顯示指定noexcept 的函式，編譯器會進行優化
因為在呼叫noexcept 函式時不需要記錄exception handler ，所以編譯器可以生成更高效的二進位制碼（編譯器是否優化不一定，但理論上noexcept 給了編譯器更多優化的機會）。另外編譯器在編譯一個noexcept(false) 的函式時可能會生成很多冗餘的程式碼，這些程式碼雖然只在出錯的時候執行，但還是會對 Instruction Cache 造成影響，進而影響程式整體的效能。
容器操作針對std::move 的優化

舉個例子，一個std::vector<T> ，若要進行reserve 操作，一個可能的情況是，需要重新分配記憶體，並把之前原有的資料拷貝（Copy）過去，但如果T 的移動建構函式是noexcept 的，則可以移動（Move）過去，大大地提高了效率。
```
#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class A
{
public:
A(int value)
{
}

A(const A& other)
{
std::cout << "copy constructor\n";
}

A(A&& other) noexcept
{
std::cout << "move constructor\n";
}
};

int main()
{
std::vector<A> a;
a.emplace_back(1);
a.emplace_back(2);

return 0;
}
```
上述程式碼可能輸出：
```
move constructor
```
但如果把移動建構函式的noexcept 說明符去掉，則會輸出：
```
copy constructor
```
（你可能會問，為什麼在移動建構函式是noexcept 時才能使用？這是因為它執行的是 Strong Exception Guarantee，發生異常時需要還原，也就是說，你呼叫它之前是什麼樣，丟擲異常後，你就得恢復成啥樣。但對於移動建構函式發生異常，是很難恢復回去的，如果在恢復移動（move）的時候發生異常了呢？但複製建構函式就不同了，它發生異常直接呼叫它的解構函式就行了。）

四：怎麼用，什麼時候用

解構函式
這不用多說，必須也應該為noexcept 。
建構函式（普通、複製、移動），賦值運算子過載函式
儘量讓上面的函式都是noexcept 。
還有那些你可以 100% 保證不會throw 的函式
不要太小瞧noexcept ，不能保證的地方請不要用，否則會害人害己！切記。

（如果你還是不知道該在哪裡用，可以看下準標準庫Boost 的原始碼，全域性搜尋BOOST_NOEXCEPT ，你就懂了。）

noexcept

一：C++ 98 中的異常描述符

模板函式無法使用

顯示指明異常型別後的重構

異常丟擲後的棧展開（Stack Unwinding）