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异常安全swap如何实现 保证强异常安全方案

P粉602998670

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发布时间:2025-08-16 12:09:02

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来源于php中文网

原创

采用copy-and-swap惯用法,拷贝构造在赋值时先执行,失败不影响原对象;2. swap函数必须声明为noexcept,仅交换成员且不进行可能抛异常的操作;3. 使用RAII管理资源,如std::vector替代裸指针,确保资源安全;4. 自定义swap应基于std::swap特化并保证无异常,所有成员类型swap也需noexcept;整体确保操作要么完全成功,要么回滚到原始状态。

异常安全swap如何实现 保证强异常安全方案

实现异常安全的

swap
函数,特别是强异常安全保证(即操作要么完全成功,要么系统状态回滚到调用前),关键在于确保在异常发生时不会造成资源泄漏、数据损坏或对象处于不一致状态。以下是如何实现强异常安全的
swap
的方法和原则。

1. 使用拷贝构造 + 无异常的交换操作

最常见且安全的方式是采用“拷贝并交换”(copy-and-swap)惯用法。该方法依赖于拷贝构造的安全性和交换操作的无异常性

基本思路:

  • 先通过拷贝构造创建临时对象(这一步可能抛异常,但不影响原对象)
  • 然后执行不会抛异常的 swap 操作
  • 临时对象在析构时自动清理旧数据

示例:

class MyClass {
private:
    int* data;
    size_t size;

public:
    MyClass(const MyClass& other) : data(new int[other.size]), size(other.size) {
        std::copy(other.data, other.data + size, data);
    }

    void swap(MyClass& other) noexcept {
        std::swap(data, other.data);
        std::swap(size, other.size);
    }

    MyClass& operator=(MyClass other) {
        swap(other);
        return *this;
    }
};

注意:

operator=
接收参数 by value,意味着拷贝发生在赋值函数入口。如果拷贝构造失败(如内存不足),原对象完全不受影响,满足强异常安全

2. swap 本身必须是 noexcept

为了保证交换阶段不抛异常,自定义的

swap
必须声明为
noexcept
,且内部只调用不会抛异常的操作。

关键点:

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  • 使用
    std::swap
    时,确保其对成员类型也是无异常的
  • 对内置类型(指针、int等),
    std::swap
    通常是
    noexcept
  • 对自定义类型,应提供特化的
    swap
    并标记
    noexcept

例如,为类提供命名空间级别的 swap:

void swap(MyClass& a, MyClass& b) noexcept {
    a.swap(b);
}

3. 资源管理使用 RAII

强异常安全的前提是资源管理正确。使用智能指针或容器代替裸指针,能极大简化异常安全处理。

改进示例:

class MyClass {
private:
    std::vector data;

public:
    void swap(MyClass& other) noexcept {
        data.swap(other.data);
    }
};

std::vector::swap
noexcept
,且不会失败,天然支持强异常安全。

4. 自定义 swap 的异常安全检查清单

  • swap 函数标记为
    noexcept
  • 只交换成员,不进行可能失败的操作(如内存分配)
  • 成员类型自身 swap 也应是
    noexcept
  • 避免在 swap 中抛异常(逻辑错误也不应在此抛)

基本上就这些。核心是:拷贝可能失败但不影响原状态,交换必须成功且无副作用。这样就能实现强异常安全的 swap。

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