深入使用noexcept

• • 簡(jiǎn)介
  • • 好處
    • 壞處
  • 適用場(chǎng)景
  • 不適用場(chǎng)景
  • 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
  • 總結(jié)
  • 參考資料

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noexcept是C++11引入的，表明函數(shù)是否會(huì)拋出異常。正確使用它可以優(yōu)化性能，錯(cuò)誤使用則會(huì)帶來(lái)麻煩。

noexcept使用語(yǔ)法有兩種：

1. noexcpet
2. noexcept(expression)

第二種使用方式允許用表達(dá)式?jīng)Q定是否noexcept起效果，當(dāng)expression的值為true的時(shí)候起效果，否則不起效。expression是編譯時(shí)求值，一切都是在編譯時(shí)決定。

好處

如果一個(gè)函數(shù)標(biāo)注成noexcept，

• 可以選擇移動(dòng)構(gòu)造函數(shù) / 移動(dòng)賦值運(yùn)算符；
• 編譯器就不用生成異常處理代碼了，因此可以優(yōu)化編譯。

壞處

如果noexcept的函數(shù)執(zhí)行時(shí)出了異常，包括所調(diào)用的函數(shù)拋出的異常，程序會(huì)馬上terminate，即使套上try...catch也仍舊會(huì)terminate。并且編譯器不會(huì)幫你檢查這樣的風(fēng)險(xiǎn)。

適用場(chǎng)景

在需要決定是調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)（或者移動(dòng)賦值運(yùn)算符）還是復(fù)制構(gòu)造函數(shù)（或者復(fù)制賦值運(yùn)算符）時(shí)，noexcept會(huì)影響決定。因?yàn)橐苿?dòng)語(yǔ)法會(huì)“破壞”原來(lái)的源對(duì)象的內(nèi)容，造成無(wú)法在出現(xiàn)異常情況下恢復(fù)狀態(tài)。因此只有移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)（或者移動(dòng)賦值運(yùn)算符）標(biāo)明為noexcept時(shí)，才能在這種情況下使用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)（或者移動(dòng)賦值運(yùn)算符）替代復(fù)制構(gòu)造函數(shù)（或者復(fù)制賦值運(yùn)算符）。

一個(gè)例子就是STL庫(kù)中的vector的擴(kuò)容，擴(kuò)容涉及到是復(fù)制對(duì)象還是移動(dòng)對(duì)象的問(wèn)題，就是上述的問(wèn)題。當(dāng)對(duì)象的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)可能會(huì)拋出異常的時(shí)候，vector是”不敢“在這個(gè)場(chǎng)景下調(diào)用的，因?yàn)槌隽水惓o(wú)法原恢復(fù)狀態(tài)。

詳細(xì)邏輯如下：

1. 當(dāng)使用復(fù)制構(gòu)造時(shí)，拋出異常時(shí)只要把已復(fù)制的對(duì)象銷毀，新分配的內(nèi)存釋放，一切還能恢復(fù)到跟以前一樣；
2. 當(dāng)使用移動(dòng)構(gòu)造時(shí)，容器中的原來(lái)的元素的狀態(tài)已經(jīng)被移動(dòng)構(gòu)造破壞了，無(wú)法恢復(fù)到跟以前一樣。

以下是測(cè)驗(yàn)代碼：

class A {
public:
    A() { std::cout<< "constructor"<< std::endl; }
    A(const A& a) { std::cout<< "copy constructor"<< std::endl; }
    A(const A&& a) noexcept { std::cout<< "move constructor"<< std::endl; } // 有noconcept時(shí)，擴(kuò)容時(shí)用移動(dòng)構(gòu)造
    // A(const A&& a) { std::cout<< "move constructor"<< std::endl; }  // 去掉noconcept時(shí)，擴(kuò)容時(shí)用拷貝構(gòu)造
};

int main() {
    std::vector v;
    v.reserve(1);
    for (int i = 0; i< 10; i++) {
        A a; // 構(gòu)造一個(gè)A類的實(shí)例。
        v.push_back(a); // 添加進(jìn)容器時(shí)會(huì)調(diào)用一次復(fù)制構(gòu)造，如果容量不夠則會(huì)擴(kuò)容，這時(shí)候會(huì)選擇復(fù)制構(gòu)造還是移動(dòng)構(gòu)造。
    }

    return 0;
}

不適用場(chǎng)景

其他情況均不太適合使用。因?yàn)椋?/p>

1. 編譯器不會(huì)幫你做檢查，假如一個(gè)標(biāo)注noexcept的函數(shù)調(diào)用未標(biāo)注noexcept的函數(shù)，是可以順利編譯的。但是未標(biāo)注nonexcept的函數(shù)是不保證不拋異常的。
2. 一個(gè)函數(shù)加上noexcept之后就可能很難移除，因?yàn)槠渌a可能會(huì)直接或間接引用到它，且假設(shè)不會(huì)有異常；
3. 如果一個(gè)標(biāo)注了noexcept的函數(shù)自己或者調(diào)用的函數(shù)（直接或間接）拋出異常，直接終止，非常簡(jiǎn)單粗暴。

因此出了幾個(gè)有限的適用場(chǎng)景外，其他情況下不要用noexcept。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以下圖表是來(lái)自于 C++ noexcept and move constructors effect on performance in STL Containers — TRYING TO FIND THE OBVIOUS (hlsl.co.uk) 這篇博客的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，性能提升了兩倍！

總結(jié)

雖然noexcept會(huì)在某些情況下提升性能，但是由于它的危險(xiǎn)性，包括發(fā)生異常直接終止程序且編譯器不會(huì)幫你檢查，除了以下情況下都不建議使用。

1. 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
2. 移動(dòng)賦值運(yùn)算符
3. 析構(gòu)函數(shù)
4. 簡(jiǎn)單函數(shù)

1、2 已經(jīng)在前面說(shuō)過(guò)了，不再贅述。對(duì)于3、4，析構(gòu)函數(shù)本身不應(yīng)該拋異常，簡(jiǎn)單函數(shù)一般不會(huì)發(fā)生異常，因此可以放心標(biāo)注noexcept。

參考資料

1. c++ 從vector擴(kuò)容看noexcept應(yīng)用場(chǎng)景 - 知乎 (zhihu.com)

2. C++ noexcept and move constructors effect on performance in STL Containers — TRYING TO FIND THE OBVIOUS (hlsl.co.uk)

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