详解C++特性之noexcept (C++11 C++17 C++20)

引导

throw()

在C++11前，使用throw(optional_type_list)来声明某些函数，表示该函数不会抛出异常。

如果函数抛出了异常，则调用 unexpected() 函数（C++98 标准规定，函数出现异常但未被捕获时会调用 unexpected() 函数(该过程包含运行时检查异常类型是否存在于optional_type_list中，不在的话将直接terminate )，该函数默认实现是调用 terminate() 函数使得程序终止）。如果 unexpected() 函数直接调用 terminate() 函数，则程序直接退出，否则跳转到处理异常的 catch() 语句继续处理异常。

cpp 复制代码

class X
{
public:
    void fx()throw() {};
};

由此可见，throw()的过程还是有一些麻烦，其实对于一些程序员来讲，很多数时候只关心当前函数是否会抛出异常，而不是抛出什么样类型的异常。

移动语义与throw()

另外C++11中引入了移动语义，比如我们进行容器数据拷贝时，使用移动语义是一种节省资源(窃取)的做法。但是移动语义本身就包含一个异常缺陷：

我们在进行容器间的数据搬移的过程中，由于内存或者其他原因发生了异常，搬运中止。将会导致原容器和目标容器都将无法正常使用，一部分数据已经被搬走，此时也没法恢复(无法保证恢复过程中不抛出异常)。

为什么会将这两者扯在一起呢？那是因为throw()并不能根据容器中移动的元素是否会抛出异常来确定移动构造函数是否允许抛出异常 ，但是下面讲到的noexcept()作为运算符时可以做到。

C++11 noexcept

noexcept既是一个说明符，也是一个运算符。

作为异常说明符：

告诉接口调用者，该函数运行过程中不会抛出异常，接口使用者不必为该接口写一些异常处理代码;
编译器也知道该函数不会抛出异常，可以让编译器更放心的做一些优化;
不是说函数就不会抛出异常，如果函数抛出异常，将直接调用terminate() 函数结束进程,该符号只是一种指示符号，不是承诺。

cpp 复制代码

class X
{
public:
    void fx()noexcept {}
    int GetValue()const noexcept { return v; }
private:
    int v = 100;
};

作为运算符：

可以接受一个返回bool值的表达式，当表达式返回true时，表示不会抛出异常

cpp 复制代码

noexcept(true) //不会抛出异常
noexcept(false) //可能抛出异常

传入的表达式的结果是在编译时计算的，这就依赖编译器能在编译器找出表达式的可能的异常,当然，表达式必须是一个常量表达式；
是一种不求值表达式，即不会执行表达式。

cpp 复制代码

void f1()noexcept{}

int* f2(int size)
{
    return new int[size];
}

int main()
{   
    std::cout << std::boolalpha;
    //声明了noexept ，说明不会抛出异常，返回true
    std::cout << noexcept(f1()) << std::endl;]
    //函数未声明noexept ，说明可能抛出异常，返回false
    std::cout << noexcept(f2(1000000)) << std::endl;
    return 0;
}

运行结果：

cpp 复制代码

true
false

用noexcept来优化数据拷贝函数

当前有一个数据拷贝拷贝模板：

cpp 复制代码

template <typename T>
T copy(const T &s)
{
    //...
}

如果T是一个普通的编译器内置类型，那么该函数永远不会抛出异常，可以直接使用，

假如T是一个很复杂的类型，那么在拷贝的过程中，很有可能抛出异常，那我们就需要进行区别对待了

cpp 复制代码

template <typename T>
T copy(const T& s) noexcept(std::is_fundamental<T>::value)
{
    //...
}

先用std::is_fundamental<T>::value 判断类型是一个普通类型还是复杂的类型，如果是普通类型，返回true，则表示不会抛出异常，否则将表示可能会抛出异常。

实际上，这并不是最优解，因为很多自定义类型的拷贝构造也是很简单的，几乎不会抛出异常，我们还可以利用noexcept运算符的能力，判断类型的拷贝构造是否会抛出异常。

cpp 复制代码

template <typename T>
T copy(const T& s) noexcept(noexcept(T(s)))
{
    //...
}

先判断T(s) 拷贝构造函数是否会抛异常；
如果不会，则返回false，此时函数定义如下，表示可能抛出异常，否则相反。

cpp 复制代码

template <typename T>
T copy(const T& s) noexcept(false)
{
    //...
}

用noexcept()解决移动构造问题

上面说到，noexcept()可以判断目标类型的移动构造函数是否可能抛出异常，那么我们可以先判断有没有抛出异常的可能，如果有，那么使用传统的复制操作，那么执行移动构造。

cpp 复制代码

template <typename T>
T swap_imp(T& a, T& b, std::integral_constant<bool ,true>) noexcept
{
    //...
}
template <typename T>
T swap_imp(T& a, T& b, std::integral_constant<bool, false>) 
{
    T tmp(a);
    a = b;
    b = tmp;
}

template <typename T>
T swap(T& a, T& b) 
    noexcept(noexcept(swap_imp(a,b, std::integral_constant<bool, noexcept(T(std::move(a))) && noexcept(a.operator=(std::move(b)))>())))
{
    swap_impl(a,b, std::integral_constant<bool, noexcept(T(std::move(a))) && noexcept(a.operator=(std::move(b)))>());
}

默认带有noexcept声明的函数

当对应类型的函数在基类和成员中具有noexcept声明：

默认构造
默认拷贝构造
默认赋值函数
默认移动构造
默认移动赋值函数

何时使用noexept

指示函数为不抛异常的函数，即使有可能，默认出现异常时程序中止是最好的选择；
一定不会抛出异常的函数