C++ 中如何编写异常安全的代码？

推荐答案

在C++中编写异常安全的代码，通常遵循以下几个原则：

1. 资源管理：使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式，确保资源在对象生命周期结束时自动释放。例如，使用智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr）来管理动态内存。

2. 异常安全保证：确保代码在抛出异常时不会泄漏资源或破坏数据。常见的异常安全保证有三种：

   • 基本保证：程序在抛出异常后保持有效状态，不会泄漏资源。
   • 强保证：操作要么完全成功，要么完全失败，不会产生部分修改。
   • 不抛出保证：操作保证不会抛出异常。

3. 避免裸指针：尽量避免使用裸指针，使用智能指针或其他资源管理类来管理资源。

4. 异常处理：在适当的地方捕获异常，并确保资源在异常处理过程中得到正确释放。

5. 事务性操作：对于需要多个步骤的操作，使用事务性操作来确保操作的原子性。如果某个步骤失败，可以回滚之前的操作。

本题详细解读

1. RAII模式

RAII是C++中管理资源的核心思想。通过将资源绑定到对象的生命周期，确保资源在对象销毁时自动释放。例如：

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在这个例子中，FileHandler类负责管理文件句柄。当FileHandler对象销毁时，文件句柄会自动关闭，即使在构造函数中抛出异常，也不会发生资源泄漏。

2. 异常安全保证

基本保证

基本保证要求程序在抛出异常后保持有效状态，不会泄漏资源。例如：

void processFile(const std::string& filename) {
    FileHandler file(filename);
    // 处理文件
    // 如果抛出异常，FileHandler的析构函数会自动关闭文件
}

在这个例子中，即使processFile函数中抛出异常，FileHandler的析构函数也会确保文件被正确关闭。

强保证

强保证要求操作要么完全成功，要么完全失败，不会产生部分修改。例如：

void transferMoney(Account& from, Account& to, double amount) {
    from.withdraw(amount);  // 可能抛出异常
    to.deposit(amount);     // 可能抛出异常
}

为了提供强保证，可以使用“复制-交换”惯用法：

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    ------- -------- - -----
    ------- ------ - ---

    --------------------------
    -----------------------

    -- -----------
    ---- - ---------
    -- - -------
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在这个例子中，只有在所有操作都成功的情况下，才会修改原始数据。

不抛出保证

不抛出保证要求操作不会抛出异常。例如：

void noThrowFunction() noexcept {
    // 确保不会抛出异常
}

3. 避免裸指针

使用智能指针可以避免手动管理内存，减少资源泄漏的风险。例如：

void useSmartPointer() {
    std::unique_ptr<int> ptr(new int(42));
    // 不需要手动释放内存
}

4. 异常处理

在适当的地方捕获异常，并确保资源在异常处理过程中得到正确释放。例如：

void handleException() {
    try {
        // 可能抛出异常的代码
    } catch (const std::exception& e) {
        // 处理异常
    }
}

5. 事务性操作

对于需要多个步骤的操作，使用事务性操作来确保操作的原子性。例如：

-- -------------------- ---- -------
---- ------------------------ -
    --- -
        -- ---
        -- ---
        -- ---
    - ----- ----- -
        -- ----
        ------
    -
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在这个例子中，如果任何一个步骤失败，可以回滚之前的操作，确保数据的一致性。