C++的异常处理
📌noexcept 说明符可以用于指定某个函数不抛出异常(替代 throw() )
noexcept关键字只会在编译期间影响优化方法，不会对运行期间造成任何影响
设计意图
C++11 为了替代 throw() 而提出的一个新的关键字，在 C++ 中使用函数异常声明列表来查看函数可能抛出的异常，预先知道函数不会抛出异常有助于简化调用该函数的代码，而且编译器确认函数不会抛出异常，它就能执行某些特殊的优化操作。
如果在运行时，noexecpt函数向外抛出了异常（如果函数内部捕捉了异常并完成处理，这种情况不算抛出异常），程序会直接终止，调用std::terminate()函数，该函数内部会调用std::abort()终止程序。
**C++中的异常处理是在运行时而不是编译时检测的。为了实现运行时检测，编译器创建额外的代码，然而这会妨碍程序优化。
如何使用
noexcept规范是函数类型的一部分，因此在函数声明和定义中都需要指定。如果你在函数声明中指定了noexcept，那么在函数定义中也必须指定noexcept，反之亦然。如果函数声明和定义中的noexcept规范不一致，那么编译器将会报错。
这与inline关键字有所不同。inline关键字只需要在函数定义中指定，而不需要在函数声明中指定。如果你在函数声明中指定了inline，那么在函数定义中也可以指定inline，但这并不是必需的。
以下是一个例子：
// 声明 void foo() noexcept; // 定义 void foo() noexcept { // ... }
在这个例子中，函数foo在声明和定义中都指定了noexcept。如果你去掉定义中的noexcept，那么编译器将会报错。
两种异常抛出方式
在实践中，一般两种异常抛出方式是常用的：
- 一个操作或者函数可能会抛出一个异常;
- 一个操作或者函数不可能抛出任何异常。
后面这一种方式中在以往的C++版本中常用throw()表示，在C++ 11中已经被noexcept代替。
void swap(Type& x, Type& y) throw() //C++11之前 { x.swap(y); } void swap(Type& x, Type& y) noexcept //C++11 { x.swap(y); }
什么时候该使用noexcept？
使用noexcept表明函数或操作不会发生异常，会给编译器更大的优化空间。
然而，并不是加上noexcept就能提高效率，步子迈大了也容易扯着蛋。
以下情形鼓励使用noexcept：
- 移动构造函数（move constructor）
- 移动分配函数（move assignment）
- 析构函数（destructor）
因此出于安全考虑,C++11 标准中类的析构函数默认为 noexcept(true)。
但是，如果程序员显式地为析构函数指定了 noexcept(false) 或者类的基类或成员有 noexcept(false) 的析构函数，析构函数就不会再保持默认值。 - 叶子函数（Leaf Function）
叶子函数是指在函数内部不分配栈空间，也不调用其它函数，也不存储非易失性寄存器，也不处理异常。
最后强调一句，在不是以上情况或者没把握的情况下，不要轻易使用noexception。
下面代码可以检测编译器是否给析构函数加上关键字noexcept。
struct X { ~X() { }; }; int main() { X x; // This will not fire even in GCC 4.7.2 if the destructor is // explicitly marked as noexcept(true) static_assert(noexcept(x.~X()), "Ouch!"); }
📌正确使用 noexcept 的注意事项
尽管 noexcept 提供了一种显著提高 C++ 程序性能的方式，但我们需要明白，不是所有的函数都适合声明为 noexcept。下面是一些在使用 noexcept 时应考虑的注意事项：
- 不要假设 noexcept 函数不会失败。即使函数声明为 noexcept，也可能因为其他原因（如内存分配失败）导致函数失败。此时，如果你的代码没有正确处理这种情况，程序可能会在运行时出现问题。
- 谨慎使用 noexcept。在没有充分理由的情况下，不要轻易将函数声明为 noexcept。如果一个函数可能抛出任何类型的异常，那么它不应该被声明为 noexcept。
- 理解 noexcept 的传播规则。在 C++ 中，函数的 noexcept 属性可能会根据其参数和返回类型的 noexcept 属性变化。例如，如果一个函数的返回类型是通过移动构造函数创建的，那么该函数的 noexcept 属性将与移动构造函数的 noexcept 属性相同。
- 在可能的情况下，优先考虑 noexcept。特别是在设计类时，如果你的成员函数（特别是移动构造函数和移动赋值运算符）能够保证不抛出异常，那么将它们声明为 noexcept 可以提高代码的性能和可读性。
下面是一个示例，说明如何根据条件决定函数是否应声明为 noexcept：
template <class T, class U> void foo(T& t, U& u) noexcept(noexcept(t.swap(u))) { t.swap(u); }
在上述代码中，我们声明 foo 函数为 noexcept，但这取决于 T::swap(U&) 的 noexcept 属性。这样做的好处是，如果 T::swap(U&) 是 noexcept 的，那么 foo 函数也会是 noexcept 的。反之，如果 T::swap(U&) 可能抛出异常，那么 foo 函数也可以抛出异常。
使用 noexcept 时要保持谨慎和明智，理解其意图和后果。这将帮助你编写出更安全、更高效的代码。
📌深入理解 noexcept 及其性能优化
让我们深入研究一下 noexcept 在程序性能优化中的作用。首先，我们需要明确 noexcept 对性能的影响并非直接的，而是通过允许编译器做出某些优化来实现的。
一般来说，编译器在处理可能抛出异常的函数时需要考虑的情况更多，因此需要生成更复杂的代码，尤其是在涉及栈展开（stack unwinding）的情况下。当一个函数标记为 noexcept 时，编译器可以确保这个函数不会抛出异常，从而在生成代码时可以忽略处理异常的部分，产生更简洁、更高效的代码。
最直接的影响是编译器可能不需要生成处理异常的代码，也不需要在函数调用之后检查是否有异常被抛出。这可以减少生成的代码的大小，也可能使代码运行得更快。然而，这种优化通常是微不足道的，因为大多数函数调用的成本都远大于检查异常的成本。
另一个可能的优化是，如果编译器知道一个函数不会抛出异常，它可能更愿意将这个函数内联。这是因为异常处理代码通常不能被内联，所以如果一个函数可能抛出异常，编译器可能会选择不将其内联。然而，这种优化也是依赖于具体的编译器和优化级别的。
此外，noexcept 还可以影响 C++ 对象的移动语义。特别是在容器重排序或调整大小等操作时，如果一个对象的移动构造函数和移动赋值运算符被标记为 noexcept，那么 C++ 运行时环境可以安全地移动这些对象，而不是进行更复杂、更耗费时间的拷贝操作。
让我们看一下一个简单的例子，说明 noexcept 如何提升性能：
void process_elements(std::vector<MyType>& elements) noexcept { for(auto& elem : elements) { // Some complex processing on elem... } // Rearrange elements for next processing phase. std::sort(elements.begin(), elements.end()); }
在上面的例子中，如果 MyType 的移动构造函数和移动赋值运算符都是 noexcept，std::sort 可以用更有效的方法来移动元素，从而提升整体性能。
因此，noexcept 不仅表示函数的异常安全性，还可以对函数的性能产生重要影响。
重要提醒： 虽然 noexcept 可以提高性能，但我们不应滥用它。只有当你确定一个函数不会抛出异常时，才应将其声明为 noexcept。记住，标记为 noexcept 的函数如果抛出了异常，程序将会直接调用 std::terminate() 终止运行，这通常是我们想要避免的。
结语
在我们的编程学习之旅中，理解是我们迈向更高层次的重要一步。然而，掌握新技能、新理念，始终需要时间和坚持。从心理学的角度看，学习往往伴随着不断的试错和调整，这就像是我们的大脑在逐渐优化其解决问题的“算法”。
这就是为什么当我们遇到错误，我们应该将其视为学习和进步的机会，而不仅仅是困扰。通过理解和解决这些问题，我们不仅可以修复当前的代码，更可以提升我们的编程能力，防止在未来的项目中犯相同的错误。
我鼓励大家积极参与进来，不断提升自己的编程技术。无论你是初学者还是有经验的开发者，我希望我的博客能对你的学习之路有所帮助。如果你觉得这篇文章有用，不妨点击收藏，或者留下你的评论分享你的见解和经验，也欢迎你对我博客的内容提出建议和问题。每一次的点赞、评论、分享和关注都是对我的最大支持，也是对我持续分享和创作的动力。
