• C++11中的noexcept说明符和操作符


    前言

    noexcept 这个说明符看起来很厉害的样子,给人一种函数加上它就可以不产生异常的感觉,但事实真的如此吗?它真的能消除一切异常吗?答案是不能!它只是函数的一种说明,作为开发者我们需要自己保证标记了 noexcept 的函数不产生异常。啥?这不是没事找事吗?

    为什么要用 noexcept

    既然给函数添加了 noexcept 说明符并不能杜绝异常的产生,那我们为什么还要用它呢?我个人的理解是为了优化,因为异常存在的意义就是用来干脏活累活的,为了实现异常的处理,我们编写逻辑的每一次函数调用,编译器都会生成一堆外围的处理代码,而当我们把一个函数标记为 noexcept 时,表示开发者向运行时保证调用这个函数不会抛出异常,这意味着这些脏活累活都不用干了,如果声明了 noexcept 的函数还试图抛出异常,C++会调用std::terminate函数终止程序运行。

    添加 noexcept 说明符后编译器是否会进行优化,我们可以通过生成的汇编代码来看一下,编译器是 gcc 12.1,先看下面这段代码:

    struct Obj
    {
        ~Obj();
    }
    
    void inner();
    
    void entrance()
    {
        Obj instance;
        inner();
    }
    
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    函数 entrance() 先定义一个Obj类型的对象,然后调用一个 inner() 函数,假如 inner() 在执行过程中抛出了异常,我们需要在保证对象实例 instance 被正确析构后才能退出 entrance() 函数,为了实现了这个保证,编译器真的是操碎了心,可以看一下生成汇编代码:

    entrance():
            push    rbp
            mov     rbp, rsp
            push    rbx
            sub     rsp, 24
            call    inner()
            lea     rax, [rbp-17]
            mov     rdi, rax
            call    Obj::~Obj() [complete object destructor]
            jmp     .L4
            mov     rbx, rax
            lea     rax, [rbp-17]
            mov     rdi, rax
            call    Obj::~Obj() [complete object destructor]
            mov     rax, rbx
            mov     rdi, rax
            call    _Unwind_Resume
    .L4:
            mov     rbx, QWORD PTR [rbp-8]
            leave
            ret
    
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    从这段汇编代码中可以发现,有两句是调用了析构函数 Obj::~Obj(),其中第二次就是为了异常发生时准备的,接下来我们加上 noexcept 后代码变成了下面这样:

    struct Obj
    {
        ~Obj();
    };
    
    void inner() noexcept;
    
    void entrance()
    {
        Obj o;
        inner();
    }
    
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    源代码几乎没有变化,而生成的汇编代码清爽了太多:

    entrance():
            push    rbp
            mov     rbp, rsp
            sub     rsp, 16
            call    inner()
            lea     rax, [rbp-1]
            mov     rdi, rax
            call    Obj::~Obj() [complete object destructor]
            leave
            ret
    
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    对比来看,以下这部分代码一直都是编译器在默默付出,现在你可以通过 noexcept 帮它减负了

            jmp     .L4
            mov     rbx, rax
            lea     rax, [rbp-17]
            mov     rdi, rax
            call    Obj::~Obj() [complete object destructor]
            mov     rax, rbx
            mov     rdi, rax
            call    _Unwind_Resume
    .L4:
            mov     rbx, QWORD PTR [rbp-8]
    
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    实际测试 noexcept

    不处理异常

    首先实验一下不处理异常时的情景:

    #include <iostream>
    
    struct Obj
    {
        ~Obj()
        {
            std::cout << "~Obj" << std::endl;
        };
    };
    
    void inner()
    {
        throw 1;
    }
    
    int main()
    {
        Obj o;
        inner();
    
        return 0;
    }
    
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    编译运行结果如下:

    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ g++ testexcept.cpp --std=c++11
    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ ./a.out
    terminate called after throwing an instance of 'int'
    Aborted (core dumped)
    
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    可以看到程序直接崩溃了,在抛出一个异常之后被终止了。

    正常捕获异常

    再实验一次不加 noexcept 时常规处理异常的方式,代码如下:

    #include <iostream>
    
    struct Obj
    {
        ~Obj()
        {
            std::cout << "~Obj" << std::endl;
        };
    };
    
    void inner()
    {
        throw 1;
    }
    
    int main()
    {
        Obj o;
    
        try
        {
            inner();
        }
        catch(int)
        {
            std::cout << "catch exception." << std::endl;
        }
    
        return 0;
    }
    
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    编译运行结果如下:

    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ g++ testexcept.cpp --std=c++11
    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ ./a.out
    catch exception.
    ~Obj
    
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    异常被捕获,Obj对象被正常析构,程序正常退出了

    添加noexcept标记

    给函数加上noexcept标记,再测试一次:

    #include <iostream>
    
    struct Obj
    {
        ~Obj()
        {
            std::cout << "~Obj" << std::endl;
        };
    };
    
    void inner() noexcept
    {
        throw 1;
    }
    
    int main()
    {
        Obj o;
    
        try
        {
            inner();
        }
        catch(int)
        {
            std::cout << "catch exception." << std::endl;
        }
    
        return 0;
    }
    
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    编译运行结果如下:

    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ g++ testexcept.cpp --std=c++11
    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ ./a.out
    terminate called after throwing an instance of 'int'
    Aborted (core dumped)
    
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    我们看到加了noexcept如果抛出异常,程序会被直接终止,try...catch 语句就不起作用了,所以 noexcept 不能随便加,一定得保证确实没有异常才可以应用此优化。

    noexcept操作符

    noexcept本身后面可以加一个表达式,返回一个bool值,用来判定一个函数是否会抛出异常,可以看一下这个例子:

    #include <iostream>
    
    void inner() noexcept
    {
        throw 1;
    }
    
    void test();
    
    void test2() noexcept;
    
    int main()
    {
        std::cout << std::boolalpha
            << "Is inner() noexcept? " << noexcept(inner()) << std::endl
            << "Is test() noexcept? " << noexcept(test()) << std::endl
            << "Is tes2() noexcept? " << noexcept(test2()) << std::endl;
    }
    
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    编译运行后的结果如下:

    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ g++ testexcept.cpp --std=c++11
    albert@home-pc:/mnt/d/data/cpp/testExcept$ ./a.out
    Is inner() noexcept? true
    Is test() noexcept? false
    Is tes2() noexcept? true
    
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    test()test2() 函数的判断应该没有什么疑问,而 inner()明明会抛出异常,而 noexcept操作符却返回了false,这是因为我们在函数后面加上了 noexcept 说明符,这时就需要我们自己保证函数不会抛出异常了,如果你硬要抛出异常那编译器也没有办法了。

    noexcept的优缺点

    优点

    调用标记为 noexcept 的函数时不需要额外记录exception handler,所以编译器拥有更高的自由度,便于生成更加高效的执行代码。

    缺点

    noexcept关键字啊会影响接口的灵活性,如果基类某个虚函数设置为noexcept,派生类重写虚函数时也必须遵守,派生类中只要有一个函数遗漏了noexcept约定,就可能会导致整个程序在发生异常时被终止。

    如果标记为noexcept的函数调用了第三方库的函数,就需要对这些第三方库都做一层封装,保证处理了第三方库所有可能抛出的异常,增大了工作量。

    总结

    • noexcept 是一个说明符同时也是一个操作符
    • noexcept 作为说明符放在函数名后面,表明次函数不会抛出异常,等同于 noexcept(true)
    • noexcept 作为操作符时,可以用来判断一个函数是否会抛出异常,用法为 noexcept(funcName)
    • 当使用 noexcept 标记函数时,我们需要自己保证函数不会抛出异常,这样可以生成更高效的代码
    • 如果标记了 noexcept函数还是抛出了异常,那么程序会直接调用 std::abort() 终止程序,try...catch都没用

    ==>> 反爬链接,请勿点击,原地爆炸,概不负责!<<==

    曾经接受教育努力学习是打破阶级固化的长矛,如今教育更多表现为阻碍阶级跨越的护盾,不能否认好好学习可以让我们的生活变得更好,但寒门再难出贵子确实是摆在我们面前的现实,马太效应,强者愈强、弱者愈弱。条条大路通罗马,而有些人就生在罗马,我们只能靠自己微弱的锋利,去尝试突破那一层层禁锢。

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/shihengzhen101/article/details/125472083