C++如何在函数模板中实现异常安全

在C++函数模板中实现异常安全需依赖RAII、复制再交换惯用法和标准库设施，确保资源不泄漏并满足基本、强烈或无抛出保证级别，尤其要避免裸资源管理，谨慎处理移动操作与析构函数异常，通过测试验证泛型代码在异常路径下的正确性。

在C++函数模板中实现异常安全，关键在于确保无论是否抛出异常，程序都能保持一致的状态，资源不会泄漏，且满足特定的异常安全保证级别。由于模板是泛型代码，处理的类型行为未知，因此必须采用通用且稳健的设计策略。

理解异常安全的三个级别

在设计函数模板时，应明确目标异常安全级别：

• 基本保证：如果异常发生，程序仍处于有效状态，没有资源泄漏，但对象可能处于未定义但合法的状态。
• 强烈保证：操作要么完全成功，要么回到调用前状态（即事务式语义）。
• 无抛出保证：函数不会抛出异常，通常用于析构函数和移动赋值（若类型支持）。

使用RAII管理资源

模板代码中无法预知用户类型的资源管理方式，因此必须依赖RAII（Resource Acquisition Is Initialization）。

• 使用标准智能指针如 std::unique_ptr、std::shared_ptr 管理动态内存。
• 用 std::vector、std::string 等容器代替原始数组。
• 自定义资源（如文件句柄、锁）应封装在RAII类中，确保析构函数正确释放。

复制再交换（Copy-and-Swap）惯用法

这是实现强烈异常安全的常用技术，尤其适用于赋值操作等场景。

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例如，实现一个泛型容器的赋值运算符：

参数按值传入，自动完成复制。若复制过程抛出异常，原对象未受影响。交换操作通常提供无抛出保证，从而整体实现强烈保证。

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谨慎处理移动操作

移动构造和移动赋值可能抛出异常，影响异常安全。标准库容器通常要求移动操作不抛出异常才能提供强异常安全。

• 若类型 T 的移动构造可能抛出异常，则某些操作（如 vector 扩容）可能退化为复制而非移动。
• 可使用 noexcept 声明移动操作，帮助标准库做出优化决策。

避免在析构函数中抛出异常

析构函数应始终提供无抛出保证。模板代码中尤其要注意，若模板参数类型的析构函数抛出异常，程序可能终止。

确保所有资源清理操作在析构函数中安全执行，不抛出异常。

测试异常路径

由于模板行为依赖实例化类型，建议使用可能抛出异常的类型进行测试，如自定义分配器或模拟抛出的类。

可编写测试用例，在构造、赋值、插入等操作中注入异常，验证对象状态和资源管理是否正确。

基本上就这些。异常安全在模板中更难保证，因为类型行为不可控，核心是依赖RAII、复制再交换和标准库设施，避免自行管理裸资源。设计时明确安全级别，能显著提升模板的健壮性。

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