编辑“︁C++ 异常规范”︁

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'''C++异常规范'''（Exception Specifications）是C++中用于声明函数可能抛出的异常类型的机制。它允许程序员显式指定函数可能抛出的异常类型，从而提供更好的代码可读性和安全性。然而，随着C++标准的演进（特别是C++11之后），异常规范的用法发生了重大变化，本文将从基础到高级全面讲解这一特性。

== 概述 ==
C++异常规范分为两种形式：
1. '''动态异常规范'''（C++98引入，C++17移除）：使用<code>throw(type1, type2)</code>语法
2. '''noexcept规范'''（C++11引入）：使用<code>noexcept</code>或<code>noexcept(expr)</code>语法

异常规范的主要目的是：
* 作为函数接口的文档
* 允许编译器进行优化
* 在违反规范时调用<code>std::unexpected()</code>（动态异常规范）

== 动态异常规范（已废弃） ==
=== 基本语法 ===
<pre>
返回类型 函数名(参数列表) throw(异常类型列表);
</pre>

示例：
<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <stdexcept>

void foo(int x) throw(std::runtime_error, std::logic_error) {
    if (x < 0) {
        throw std::runtime_error("Negative value");
    }
    if (x > 100) {
        throw std::logic_error("Value too large");
    }
    // 抛出未列出的异常将导致std::unexpected()被调用
}
</syntaxhighlight>

=== 特殊形式 ===
* <code>throw()</code>：表示不抛出任何异常（C++11后可用<code>noexcept</code>替代）
* 无异常规范：可以抛出任何异常

=== 为什么被废弃 ===
动态异常规范在实践中存在以下问题：
1. 运行时检查而非编译时检查
2. 性能开销
3. 难以维护（函数签名变更需同步更新异常规范）
4. 与模板结合使用困难

== noexcept规范（现代替代方案） ==
C++11引入的<code>noexcept</code>规范更简单高效，成为推荐做法。

=== 基本语法 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
void func1() noexcept;       // 绝不抛出异常
void func2() noexcept(true);  // 同noexcept
void func3() noexcept(false); // 可能抛出异常
</syntaxhighlight>

=== noexcept运算符 ===
<code>noexcept(expr)</code>可在编译期检查表达式是否可能抛出异常：
<syntaxhighlight lang="cpp">
template <typename T>
void swap(T& a, T& b) noexcept(noexcept(T(std::move(a))) && noexcept(a.operator=(std::move(b)))) {
    // 实现...
}
</syntaxhighlight>

=== 实际应用示例 ===
移动构造函数通常应标记为<code>noexcept</code>：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Resource {
    int* data;
public:
    Resource(Resource&& other) noexcept 
        : data(other.data) {
        other.data = nullptr;
    }
    // ... 其他成员函数
};
</syntaxhighlight>

== 异常规范的影响 ==
=== 对代码生成的影响 ===
编译器可能基于<code>noexcept</code>进行优化：
* <code>noexcept</code>函数不需要生成栈展开代码
* STL容器对<code>noexcept</code>移动操作有特殊处理

=== 标准库使用 ===
标准算法通常要求可调用对象为<code>noexcept</code>：
<syntaxhighlight lang="cpp">
std::vector<MyType> v;
// 如果MyType的移动构造函数是noexcept，vector.resize可能使用移动而非复制
v.resize(100); 
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. 优先使用<code>noexcept</code>而非动态异常规范
2. 移动操作、析构函数、交换操作应尽量标记为<code>noexcept</code>
3. 不应对可能失败的函数（如内存分配）使用<code>noexcept</code>
4. 在接口设计中明确异常保证级别：
   * 无异常（noexcept）
   * 基本异常安全（操作失败时对象状态有效）
   * 强异常安全（操作失败时状态不变）
   * 无异常安全（可能泄漏资源）

== 示例：异常安全类设计 ==
<syntaxhighlight lang="cpp">
class DatabaseConnection {
    ConnectionHandle handle;
public:
    DatabaseConnection() noexcept : handle(nullptr) {}
    
    void connect(const std::string& url) {
        ConnectionHandle new_handle = open_connection(url); // 可能抛出
        handle = new_handle; // 仅当成功时修改状态（强异常安全）
    }
    
    ~DatabaseConnection() noexcept {
        if (handle) close_connection(handle);
    }
    
    DatabaseConnection(DatabaseConnection&& other) noexcept 
        : handle(other.handle) {
        other.handle = nullptr;
    }
    
    DatabaseConnection& operator=(DatabaseConnection&& other) noexcept {
        std::swap(handle, other.handle);
        return *this;
    }
    
    // 禁用复制
    DatabaseConnection(const DatabaseConnection&) = delete;
    DatabaseConnection& operator=(const DatabaseConnection&) = delete;
};
</syntaxhighlight>

== 历史演变 ==
<mermaid>
timeline
    title C++异常规范演变
    section C++98
        动态异常规范 : throw(type1, type2)
        空规范 : throw()
    section C++11
        noexcept 引入 : 替代throw()
        条件noexcept : noexcept(expr)
        弃用动态规范
    section C++17
        移除动态异常规范
        保留throw()作为noexcept别名
    section C++20
        noexcept 成为类型系统的一部分
</mermaid>

== 数学表示 ==
异常规范可以形式化表示为函数签名的一部分：
<math>
F \colon \text{Parameters} \rightarrow \text{ReturnType} \quad \text{with} \quad \text{ExceptionSpec}
</math>

其中ExceptionSpec可以是：
* <math>\emptyset</math>（无异常保证）
* <math>\{\text{type}_1, \text{type}_2, ...\}</math>（动态规范）
* <math>\text{noexcept}</math>（无异常）

== 总结 ==
* 现代C++应使用<code>noexcept</code>而非动态异常规范
* 异常规范影响代码优化和接口设计
* 合理使用异常规范可以提高代码可靠性和性能
* 析构函数默认应标记为<code>noexcept</code>
* 移动操作通常应标记为<code>noexcept</code>以获得最佳性能

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