Effective C++ 条款 29：为 “异常安全” 而努力是值得的

条款29：为 “异常安全” 而努力是值得的

当异常被抛出时，带有异常安全性的函数会：

1. 不泄漏任何资源。
2. 不允许数据败坏。

异常安全函数提供以下三个基本保证：

1. 基本承诺：如果异常被抛出，程序内的任何事物仍然保持在有效状态下。没有任何对象或数据结构会因此而破坏。

void basicOperation() {
    std::string s;
    try {
        s = "hello";
        // 如果此处发生异常，s 依然有效，状态未损坏。
    } catch (...) {
        // 异常处理，确保资源安全
    }
}

2. 强烈保证：如果异常被抛出，程序状态不改变。

class Widget {
public:
    void setName(const std::string& newName) {
        std::string temp(newName); // 创建副本
        swap(*this, name_);         // 确保异常时状态回滚
    }

private:
    void swap(Widget& lhs, Widget& rhs) noexcept {
        std::swap(lhs.data_, rhs.data_); // 假设 std::swap 不抛异常
    }

    std::string name_;
};

3. 不抛出异常保证：承诺绝不抛出异常。

void nothrowFunction() noexcept {
    // 不可能抛出异常的代码
}

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实现强烈保证的技巧

Copy-and-Swap 技术是一种实现强烈保证的常见方式：

1. 创建副本并在副本上操作。
2. 使用异常安全的 swap 替换原始对象。

class Widget {
public:
    Widget& operator=(Widget rhs) { // rhs 是副本
        swap(*this, rhs);           // 保证强烈保证
        return *this;
    }

private:
    void swap(Widget& lhs, Widget& rhs) noexcept {
        std::swap(lhs.data_, rhs.data_); // 假设 std::swap 不抛异常
    }

    std::string data_;
};

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选择适当的异常安全保证

1. 基本承诺 是最低要求：在任何情况下，程序都必须保持有效状态。
2. 强烈保证：如果提供强烈保证可显著提升代码安全性和可读性，且付出的成本合理，应该努力实现。
3. 不抛异常保证：对于某些特定函数（如析构函数、swap 函数），必须提供不抛异常保证。

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异常安全的实现原则

1. RAII
   将资源管理责任交给 RAII 对象，确保资源释放无论何时都能正确发生。

void safeFunction() {
    std::unique_ptr<Widget> w(new Widget); // 确保异常时资源释放
    // 其他逻辑
}

2. 事务性操作

   • 函数中的任何修改都以事务形式完成，确保中途失败不影响原始状态。

3. 封装异常处理逻辑
   避免让调用者直接处理异常，将异常安全性封装在接口中。

4. 尽量避免动态分配资源
   优先使用标准容器（如 std::vector）和智能指针来管理资源。

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注意事项

1. 异常安全保证的传递性
   函数提供的异常安全性，通常等于其调用的所有子函数中最弱的异常安全保证。

2. 成本与收益权衡
   并非所有函数都能或需要提供强烈保证。为一些复杂或高性能函数，基本保证可能更实际。

3. 析构函数必须 nothrow
   确保资源释放阶段不会抛出异常。

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总结

1. 目标：努力使函数具有异常安全性，保护资源完整性和逻辑一致性。
2. 层次：提供基本承诺、强烈保证或不抛异常保证，视情况而定。
3. 技术：通过 RAII、copy-and-swap 和事务性操作实现异常安全。
4. 权衡：在性能、复杂性和安全性之间找到平衡点。

为异常安全而努力，不仅能提高代码健壮性，也能显著减少调试和维护的成本。