C++ 异常安全（Exception Safety）

原创于 2025-02-12 11:06:59 发布 · 497 阅读

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#c++ #安全 #java

C++ 异常安全（Exception Safety）

异常安全（Exception Safety） 是指 C++ 代码在发生异常时能否保持正确性，避免资源泄漏和未定义行为。

C++ 通过 RAII（资源获取即初始化）、智能指针、noexcept 关键字 等方式提高异常安全性。

1. 为什么需要异常安全？

如果代码在异常发生时没有正确释放资源，会导致：

资源泄漏（如内存、文件句柄、锁等）。
数据不一致（对象状态部分修改，程序逻辑混乱）。
程序崩溃（因为异常传播到未处理的地方）。

2. 异常安全的 4 级别

C++ 异常安全保证 可分为 4 个级别：

级别	保证内容	示例
1. 无异常安全（No Guarantee）	可能导致资源泄漏、程序崩溃	`malloc()`、裸指针
2. 基本保证（Basic Guarantee）	对象处于有效状态，但数据可能不一致	普通 `std::vector` 操作
3. 强异常安全（Strong Guarantee）	异常发生时状态回滚，数据不会丢失	`std::swap()`
4. 无异常抛出（No-Throw Guarantee）	保证不会抛出异常	`std::vector::size()`

3. 如何编写异常安全代码

✅ 1. 使用 `RAII`（资源获取即初始化）

RAII（Resource Acquisition Is Initialization） 通过构造/析构函数管理资源，避免手动 delete。

#include <iostream>
#include <memory>

class FileHandler {
    FILE* file;
public:
    FileHandler(const char* filename) { file = fopen(filename, "r"); }
    ~FileHandler() { if (file) fclose(file); }  // ✅ 资源自动释放
};

📌 即使 FileHandler 构造失败，fclose() 仍会在析构时正确执行，防止文件泄漏。

✅ 2. 使用 `std::unique_ptr` 避免 `new/delete`

std::unique_ptr<int> ptr(new int(10));  // ✅ 自动释放内存

📌 避免 new/delete，防止内存泄漏，即使发生异常。

✅ 3. 使用 `try`/`catch` 捕获异常

try {
    throw std::runtime_error("Something went wrong!");
} catch (const std::exception& e) {
    std::cout << "Caught: " << e.what() << std::endl;
}

📌 捕获异常，避免程序崩溃。

✅ 4. 提供 “强异常安全” 机制

使用 临时对象 + std::swap() 进行 事务式提交，确保异常发生时对象状态不变：

#include <vector>

void safePush(std::vector<int>& vec, int value) {
    std::vector<int> temp = vec;  // ✅ 备份原数据
    temp.push_back(value);
    std::swap(vec, temp);  // ✅ 异常发生时 `vec` 仍然保持原状态
}

📌 即使 push_back(value) 失败，vec 仍然是完整的，不会丢失原数据。

✅ 5. 使用 `noexcept` 限制异常传播

void safeFunc() noexcept {  // ✅ 保证不会抛出异常
    std::cout << "No exception here\n";
}

📌 noexcept 提示编译器优化，并防止异常传播到 std::terminate() 崩溃程序。

4. 关键总结

方法	作用	适用于
RAII	自动管理资源，防止泄漏	文件、内存、锁
智能指针	自动释放 `new` 分配的资源	动态内存管理
`try/catch`	捕获异常，防止崩溃	所有可能失败的操作
强异常安全（事务回滚）	保证异常发生时数据完整	容器操作、文件写入
`noexcept`	防止异常传播，提高性能	不应该抛异常的函数