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C++异常安全swap 强异常安全实现

P粉602998670

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发布时间:2025-08-23 09:28:02

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来源于php中文网

原创

强异常安全的swap通过拷贝和交换实现,先复制可能抛出异常,swap本身用noexcept交换指针和大小,确保赋值要么成功要么无影响。

c++异常安全swap 强异常安全实现

在C++中,实现一个强异常安全

swap
函数是确保资源管理类在异常发生时仍能保持对象状态一致的关键。强异常安全保证:如果操作抛出异常,程序状态回滚到操作前的状态,即“要么成功,要么无影响”。

swap 的基本作用

swap
函数用于交换两个对象的内部资源。标准库中很多容器和算法会频繁调用
swap
,因此它的异常安全性至关重要。理想情况下,
swap
应是无异常(nothrow)的,以支持更高效的移动语义和异常安全策略。

使用拷贝和交换惯用法(Copy-and-Swap)

实现强异常安全

swap
的常用方法是“拷贝和交换”惯用法。核心思想是:先创建副本(可能抛出异常),再通过无异常的
swap
提交更改。

示例:一个资源管理类的实现

假设我们有一个管理动态内存的类:

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

public: explicit MyResource(size_t s = 0) : data(s ? new int[s] : nullptr), size(s) {}

~MyResource() { delete[] data; }

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

MyResource& operator=(MyResource other) // 注意:按值传参,自动调用拷贝构造
{
    swap(*this, other); // 强异常安全:swap 不抛出异常
    return *this;
}

friend void swap(MyResource& a, MyResource& b) noexcept
{
    using std::swap;
    swap(a.data, b.data);
    swap(a.size, b.size);
}

};

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为什么这个 swap 是强异常安全的?

  • 赋值操作中,参数
    other
    是通过值传递的,这意味着拷贝构造可能抛出异常,但发生在赋值函数体之前。如果拷贝失败,原对象不会被修改。
  • swap
    函数标记为
    noexcept
    ,且仅交换指针和整数,这些基本操作不会抛出异常。
  • 交换完成后,旧资源随
    other
    的析构被自动释放。

这种设计确保了赋值操作满足强异常安全:要么赋值成功,要么原对象保持不变。

关键注意事项

要确保

swap
真正强异常安全,需注意以下几点:

  • 自定义 swap 必须 noexcept:交换基本类型(指针、int等)不会抛出,应显式标记
    noexcept
  • 避免在 swap 中分配资源:swap 体内不应有
    new
    dynamic_cast
    等可能抛出的操作。
  • 特化 std::swap(可选):若希望标准算法使用高效 swap,可特化
    std::swap
    ,但通常依赖ADL(参数依赖查找)找到友元
    swap
    即可。

基本上就这些。只要 swap 本身不抛出异常,并在拷贝构造可能失败时推迟状态变更,就能实现强异常安全。这种模式在 RAII 类中非常普遍,是 C++ 异常安全编程的基石之一。

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