noexcept 说明符与 noexcept运算符各版本异同

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本节学习 noexcept说明符与noexcept运算符在各版本的不同，后续请关注 学习C++11/14/17/20/23关键词版本更替 ，将持续更新~~

noexcept说明符与noexcept运算符区别

noexcept说明符： 用于声明函数是否抛出异常

noexcept运算符： 是编译期查询，返回bool

noexcept说明符

noexcept有3种写法，其中throw()在C++17废弃、C++20移除，只保留前两种

noexcept 等价于noexcept(true) ，声明函数绝不抛出异常

noexcept(expression) , expression为true则不抛出异常，false则可能抛异常（表达式需是编译期常量)

throw() ,旧版写法，等价于noexcept(true),C++17废弃、C++20移除

• 基础语法

	void func1() noexcept { cout << "func1 不抛出异常" << endl; }  //如果实际抛出异常，C++会直接调用terminate终止程序

	constexpr bool flag = false;
	void func2() noexcept(flag) { throw 1; }; //合法，因为noexcept(flag) = false   //函数可能抛出异常

	void func3() throw() { cout << "func3 旧版不抛异常声明" << endl; }

	int main() {
		func1();
		try{ 
			func2();
			}catch(...) { cout << "catch func2 error" << endl; }
	}

	//lambda中noexcept的用法
	auto func = []() noexcept{
		// do something ，绝不抛出异常
	};

	// error
	typedef int(*func)() noexcept;  //不允许在typedef中使用

	void f(void(*)() noexcept);
	void g();
	f(&g);  // C++11不严格匹配，编译通过 ，C++17类型匹配错误

C++17之前规则， noexcept说明符不是函数类型的一部分，只能出现在以下位置

1、lambda表达式的声明符中

2、顶层函数声明符中，当声明函数、变量、非静态数据成员（类型为函数、函数指针、函数引用或成员函数指针时）

3、上述声明的参数或返回类型中

4、不可出现在typedef或类型别名声明中

C++17起，noexcept说明符是函数类型的一部分，或出现在任何函数声明符中。包括typedef等，类型检查更加严格

• 在C++11中，noexcept只是说明，不算类型，所以

  • void() 与 void() noexcept 是同一个类型
  • typedef void (*func)() noexcept; // error
  • 函数指针作为参数，不严格匹配noexcept

• 在C++17中，noexcept是函数类型的一部分，所以

  • void()与void() noexcept不是同一个类型，不能乱赋值
  • typedef void (*func)() noexcept; // ok
  • using fp = void(*)() noexcept; //ok
  • 函数指针作为参数严格匹配

属于可能抛出异常的函数

• 声明了非空动态异常说明的函数throw()，C++17前有效
  void func() throw(int);
• 使用noexcept说明符表达式求值为false的函数
  void func() noexcept(false);
• 没有声明noexcept的函数（但以下特殊成员函数除外）
  • 析构函数（它调用的基类/成员析构函数属于可能抛出异常的）
  • 隐式声明或默认生成的默认/拷贝/移动构造函数（除非它们调用的基类/成员函数、初始化子表达式、默认成员初始化器都不抛出异常）
  • 隐式声明或默认生成的拷贝/移动赋值运算符（除非它们调用的所有赋值运算符都不抛出异常）
  • 默认生成的比较运算符（C++20起，除非它们调用的所有比较运算符都不抛出异常）

不抛出异常的函数： 除了以上的可能抛出异常的函数，其它都是不抛出异常的函数，包括

• noexcept / noexcept(true) 声明的函数
• 满足条件的析构函数、默认生成的特殊成员函数
• 解分配函数（如operator delete，默认不抛出异常）

重载与异常说明

仅异常说明不同的函数不能被重载

void func() noexcept;
void func();   // error，异常说明不同，无法重载 ，前者为不抛出异常，后者为可能抛出异常

void g() noexcept(false);
void g();   // ok , 两者都属于可能抛出异常函数，异常说明不冲突

函数指针的转换规则

指向不抛出异常函数的指针，可能被赋值给/隐式转换为指向可能抛出异常函数的指针（C++17前为直接赋值，C++17起隐式转换)

void func1();  				// 可能抛出异常
void func2() noexcept;  // 不会抛出异常

void (*pFunc2)() = &func2;   // ok， 不抛出异常可转换为可能抛出异常
void (*pFunc1)() noexcept = &func1;  // error , 可能抛出异常转为不抛出异常，不允许

虚函数与noexcept的重写规则

如果基类的虚函数是不抛出异常的noexcept(true)，那么派生类中所有重写它的函数，都必须是不抛异常的，除非该重写函数被定义为=delete

struct exam{
	virtual void f() noexcept;
	virtual void g();
	virtual void h() noexcept = delete; };

struct A : exam {
	void f();   // error , f函数必须是noexcept,与基类的被重写虚函数相同
	void g() noexcept; // ok , 比基类更加严格，是可以的
	void h() = delete;  //ok , 基类的h函数也=delete,符合规则 };

派生类重写的virtual函数，异常说明不能比基类更加宽松

当不抛异常的函数调用可能抛出异常的函数

结论是不抛异常的函数是可能调用可能抛出异常的函数，但是如果在这个过程中抛出了异常，并且异常处理的查找栈帧到达了noexcept函数的最外层时，程序会直接调用std::terminate终止运行

void func() ;   //可能抛出异常

void g() noexcept { //声明为不抛出异常
	func();		// 语法合法，如果f抛出异常，会触发std::terminate
	throw 42;   // 语法合法，运行会触发std::terminate
}

int main()
{
	try {
		g();
	}catch(...){   // 永远不去执行，因为g抛出异常会直接std::terminate终止程序
		std::cout << " catch exception " << std::endl;
	}
}

函数模板特化的异常说明：延迟实例化

编译器在某个时刻需要知道该函数的类型或可行性，因此必须把函数模板的异常说明（noexcept表达式）用具体模板参数实例化并检查其合法性。只有在这种情况下，延迟实例化会被触发

常见的会触发实例化的场景

• 重载决议中被选中：为了判断哪一个重载可行或更好，编译器可能需要比较或形成候选函数的签名，从而实例化依赖的表达式
• 函数被实际调用或取地址时：显式需要函数的实际类型或实现，必须实例化
• 函数会被调用或取地址，但出来在未求值的操作数中，虽然不执行函数，但为了确定表达式的类型/类型属性，编译器需要知道函数的签名（包括依赖的noexcept），因此也需要实例化

template<class T>
T f() noexcept(sizeof(T) < 4);

int main() {
    // 虽然没有调用 f<void>，但 decltype 需要知道它的 noexcept 说明
    decltype(f<void>()) *p; 

    // 编译错误：sizeof(void) 是非法的，实例化 noexcept 说明时出错
}

• 在decltype(f)中，虽然没有调用f(),但为了决定decltype的结果类型，编译器必须知道f()的类型/签名
• 该签名包括了一个依赖模板参数的noexcept表达式noexcept(sizeof(T）<4) 为判断签名是否合法，编译器用T=void实例化noexcept表达式
• sizeof(void) 在C++中是非法的，因此会产生错误

*注： noexcept说明符不是编译期的强制检查，它只是程序员向编译器提供的函数是否会抛异常的信息。编译器会利用这些信息做优化，支持noexcept运算符，在编译期检查表达式是否声明为不抛异常

noexcept运算符

C++11引入的编译期运算符，作用是：

• 检查某个表达式是否被声明为不会抛出任何异常
• 返回一个编译期的bool常量 ，true表示该表达式被声明为不抛出异常，false为可能抛出异常

语法形式为: noexcept(expression) ,expression是未求值操作数，只是检查它的异常声明

返回值是bool类型的纯右值

如果expression是一个类类型或数组类型的纯右值，noexcept运算符会触发临时物化，代表：

• 它会隐式调用该类型的析构函数
• 要求析构函数必须是非删除、可访问的，否则编译报错

void funcNoThrow() noexcept{} //不抛出异常
void funcThrow() {}  //可能抛出异常

cout << noexcept(funcNoThrow()) << endl;
cout << noexcept(funcThrow()) << endl;

• 注： noexcept(expr) == true ，不代表运行时一定不抛出异常
• noexcept(expr) 只检查声明，不检查运行时行为，如果表达式因为未定义行为抛出异常，noexcept是无法管理的