C++ 语言特性20 - noexcept 关键字

一：概述

        noexcept 是 C++11 引入的一个关键字，用来指明一个函数在运行时是否不会抛出异常。它主要用于提高代码的安全性和性能，在某些场合可以帮助编译器进行优化。

1.  noexcept 的语法

//1. 标记函数为 noexcept， 在这种情况下，func 承诺不会抛出异常
void func() noexcept {// 函数体
}//2. 带条件的 noexcept
//noexcept 关键字也可以根据条件来动态判断一个函数是否是 noexcept。其条件必须是编译时常量表达式：
void func() noexcept(true);   // 一定不会抛出异常
void func() noexcept(false);  // 可能会抛出异常//在下面例子中，func 是否是 noexcept 取决于 some_other_func 是否是 noexcept 的。如果 some_other_func 是 noexcept，那么 func 也是 noexcept。
template <typename T>
void func(T&& t) noexcept(noexcept(some_other_func(std::forward<T>(t)))) {some_other_func(std::forward<T>(t));
}//3. noexcept 运算符
//C++ 提供了 noexcept 运算符，允许在编译时判断某个表达式是否为 noexcept。返回值是一个 bool 值，表示表达式是否不会抛出异常：
bool isNoexcept = noexcept(func());  // 如果 func 是 noexcept，返回 true

2. noexcept 的作用

• 指定函数不抛出异常： noexcept 表示一个函数承诺不会抛出任何异常。通过标记为 noexcept，编译器可以做更多的优化，例如跳过额外的异常处理机制。

  • 如果一个函数标记为 noexcept，但在运行时抛出了异常，程序会直接调用 std::terminate，结束程序的运行，而不会传播异常。

  • noexcept 可以用来提升代码的鲁棒性，使得调用方知道某些函数是不会抛出异常的。

• 启用编译器优化： 在某些情况下，编译器可以为标记为 noexcept 的函数进行更多的优化。例如，当对象被复制或移动时，如果移动构造函数是 noexcept 的，标准容器如 std::vector 可以选择更高效的移动操作而不是复制操作。

二：使用场合

• 移动构造函数和移动赋值运算符： 标记移动构造函数和移动赋值运算符为 noexcept 是非常重要的。当标准容器（如 std::vector 或 std::deque）进行内存重新分配时，如果对象的移动操作是 noexcept 的，那么容器可以选择移动对象而不是复制对象，从而提升性能。

class MyClass {
public:MyClass(MyClass&&) noexcept;  // 移动构造函数MyClass& operator=(MyClass&&) noexcept;  // 移动赋值运算符
};//例如，当 std::vector 增长时，它需要移动现有元素到新的存储位置。如果移动构造函数是 noexcept 的，std::vector 会执行移动操作；否则，它会执行较慢的复制操作。

• 不抛出异常的函数： 对于一些明确不会抛出异常的函数，使用 noexcept 可以帮助编译器生成更高效的代码。特别是一些低层次的库函数，比如内存管理相关的函数、数学运算函数、或对象析构函数等，通常标记为 noexcept 

void fastMathOperation() noexcept {// 这个函数不会抛出任何异常
}

•  析构函数： 根据 C++ 标准，析构函数默认是 noexcept 的。即便不显式声明，析构函数通常不应该抛出异常。在某些场合下，特别是资源管理类（如 RAII 类），确保析构函数是 noexcept 的很重要。RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）

class MyClass {
public:~MyClass() noexcept {  // 确保析构时不抛出异常// 清理代码}
};

• 标准库中的使用： C++ 标准库广泛使用了 noexcept，尤其是在 std::move_if_noexcept 中。该函数用于决定是使用移动构造函数还是复制构造函数。当移动构造函数被标记为 noexcept 时，std::move_if_noexcept 会使用移动构造函数；否则，使用复制构造函数。

template <typename T>
typename std::conditional<!std::is_nothrow_move_constructible<T>::value && std::is_copy_constructible<T>::value,const T&, T&&>::type
move_if_noexcept(T& x) noexcept;

•  模板元编程中的使用： 在模板元编程中，通过 noexcept 可以在不同的条件下生成不同的函数版本。例如，只有当某个操作不会抛出异常时，某个特定的版本才会被选择。

三：注意事项

• noexcept 与异常的实际抛出： 如果标记为 noexcept 的函数抛出了异常，程序不会传播异常，而是直接调用 std::terminate 终止程序。因此，务必确保标记为 noexcept 的函数真的不会抛出异常。
   
• 条件 noexcept 的使用： 使用条件 noexcept 时，确保条件表达式在编译时能够计算为常量。这样可以动态地决定函数是否应标记为 noexcept，从而在不同的场景下启用不同的异常处理机制。
   
• 性能优化： noexcept 关键字会帮助编译器进行优化，但这些优化在大多数情况下是微小的，尤其是对于非性能关键的代码，不需要过度使用 noexcept。但是，对于性能敏感的代码（如标准容器的实现、库函数等），合理使用 noexcept 可以带来显著的优化。
   
• 与 throw() 的区别： 在 C++11 之前，throw() 用于指定函数不抛出任何异常，但它已被 noexcept 取代。现在建议使用 noexcept 而不是 throw()，因为 throw() 已被弃用。