C++ 异常规范

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[编辑 | 编辑源代码]

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throw(type1, type2)语法 2. noexcept规范（C++11引入）：使用noexcept或noexcept(expr)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std::unexpected()（动态异常规范）

动态异常规范（已废弃）[编辑 | 编辑源代码]

基本语法[编辑 | 编辑源代码]

返回类型 函数名(参数列表) throw(异常类型列表);

示例：

#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
}

特殊形式[编辑 | 编辑源代码]

throw()：表示不抛出任何异常（C++11后可用noexcept替代）
无异常规范：可以抛出任何异常

为什么被废弃[编辑 | 编辑源代码]

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）[编辑 | 编辑源代码]

C++11引入的noexcept规范更简单高效，成为推荐做法。

基本语法[编辑 | 编辑源代码]

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

noexcept运算符[编辑 | 编辑源代码]

noexcept(expr)可在编译期检查表达式是否可能抛出异常：

template <typename T>
void swap(T& a, T& b) noexcept(noexcept(T(std::move(a))) && noexcept(a.operator=(std::move(b)))) {
    // 实现...
}

实际应用示例[编辑 | 编辑源代码]

移动构造函数通常应标记为noexcept：

class Resource {
    int* data;
public:
    Resource(Resource&& other) noexcept 
        : data(other.data) {
        other.data = nullptr;
    }
    // ... 其他成员函数
};

异常规范的影响[编辑 | 编辑源代码]

对代码生成的影响[编辑 | 编辑源代码]

编译器可能基于noexcept进行优化：

noexcept函数不需要生成栈展开代码
STL容器对noexcept移动操作有特殊处理

标准库使用[编辑 | 编辑源代码]

标准算法通常要求可调用对象为noexcept：

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);

最佳实践[编辑 | 编辑源代码]

1. 优先使用noexcept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noexcept 3. 不应对可能失败的函数（如内存分配）使用noexcept 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[编辑 | 编辑源代码]

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;
};