C++中noexcept的具体特性及其代码示例

1. 作为异常说明符

noexcept可以放在函数声明或定义的后面，表示该函数不会抛出任何异常。如果函数在运行时抛出异常，程序会立即终止，并调用std::terminate()函数。

特性：

• 编译时检查：编译器会检查函数是否可能抛出异常。如果函数内部调用了可能抛出异常的代码，编译器会报错。
• 运行时终止：如果标记为noexcept的函数在运行时抛出异常，程序会立即终止。

代码示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void safeFunction() noexcept {
    // 这个函数不会抛出异常
    std::cout << "safeFunction called" << std::endl;
}

void unsafeFunction() {
    // 这个函数可能会抛出异常
    throw std::runtime_error("An error occurred");
}

int main() {
    try {
        safeFunction();
        unsafeFunction(); // 这里会抛出异常
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Exception caught: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出：

safeFunction called
Exception caught: An error occurred

如果将unsafeFunction标记为noexcept：

void unsafeFunction() noexcept {
    // 这个函数可能会抛出异常
    throw std::runtime_error("An error occurred");
}

输出：

safeFunction called
terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
  what():  An error occurred

程序会立即终止，并调用std::terminate()。

2. 作为运算符

noexcept(expression)用于检查表达式是否可能抛出异常。如果表达式不会抛出异常，则返回true；否则返回false。

特性：

• 编译时检查：编译器会检查表达式是否可能抛出异常。
• 返回值：返回一个布尔值，表示表达式是否安全。

代码示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void safeFunction() noexcept {
    std::cout << "safeFunction called" << std::endl;
}

void unsafeFunction() {
    throw std::runtime_error("An error occurred");
}

int main() {
    std::cout << "safeFunction noexcept: " << noexcept(safeFunction()) << std::endl;
    std::cout << "unsafeFunction noexcept: " << noexcept(unsafeFunction()) << std::endl;
    return 0;
}

输出：

safeFunction noexcept: 1
unsafeFunction noexcept: 0

3. 性能优化

标记为noexcept的函数，编译器可以进行一些优化，例如删除异常处理代码、进行函数内联等，从而提高程序的性能。

代码示例：

#include <iostream>
#include <chrono>

void safeFunction() noexcept {
    // 这个函数不会抛出异常
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}

void unsafeFunction() {
    // 这个函数可能会抛出异常
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}

int main() {
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    safeFunction();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "safeFunction took " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count() << " ms" << std::endl;

    start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    unsafeFunction();
    end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::cout << "unsafeFunction took " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count() << " ms" << std::endl;

    return 0;
}

输出：

safeFunction took 100 ms
unsafeFunction took 100 ms

虽然在这个简单的例子中性能差异不明显，但在复杂的程序中，noexcept可以显著提高性能。

4. 异常安全性

使用noexcept可以提高代码的异常安全性。标记为noexcept的函数不会抛出异常，因此调用这些函数的代码可以更加自信地使用不带RAII（资源获取即初始化）的代码。

代码示例：

#include <iostream>
#include <vector>

class MyClass {
public:
    MyClass(int value) : value_(value) {}
    int value() const { return value_; }

    // 移动构造函数
    MyClass(MyClass&& other) noexcept : value_(other.value_) {
        other.value_ = 0;
    }

    // 移动赋值运算符
    MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            value_ = other.value_;
            other.value_ = 0;
        }
        return *this;
    }

private:
    int value_;
};

void testMove() noexcept {
    std::vector<MyClass> vec;
    vec.reserve(10);

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        vec.emplace_back(i);
    }

    std::vector<MyClass> vec2 = std::move(vec);
}

int main() {
    testMove();
    return 0;
}

在这个例子中，MyClass的移动构造函数和移动赋值运算符都被标记为noexcept，这使得std::vector在进行内存重新分配等操作时可以安全地使用移动语义。

总结

noexcept是一个非常有用的特性，它可以帮助你编写更安全、更高效的代码。通过标记函数为noexcept，你可以告诉编译器这些函数不会抛出异常，从而让编译器进行优化。同时，noexcept也可以帮助你提高代码的异常安全性，特别是在使用移动语义时。