C++11 noexcept作用及异常优化要点

noexcept关键字用于声明函数不抛出异常，提升性能与异常安全。具体作用包括：1. 声明函数如void foo() noexcept，承诺无异常，否则调用std::terminate；2. 编译器可优化异常处理代码，尤其在移动语义中提高效率；3. 移动构造函数与赋值运算符常标记为noexcept以保障资源转移安全；4. 替代旧式throw规范，更简洁可靠；5. 使用noexcept(false)允许函数抛出异常；6. 可通过noexcept运算符判断函数是否承诺不抛异常；7. 性能影响视场景而定，但增强代码清晰度与安全性；8. 若noexcept函数抛出异常则立即终止程序。

C++11的noexcept关键字主要用于声明一个函数不会抛出异常。它允许编译器进行更积极的优化，并为异常安全编程提供更强的保证。

函数声明与编译器优化

noexcept可以添加到函数声明的末尾，例如：void foo() noexcept;。这告诉编译器foo函数承诺不会抛出任何异常。如果foo函数确实抛出了异常，程序可能会立即终止（通常调用std::terminate）。

关键在于，编译器可以利用这个承诺进行优化。例如，如果编译器知道一个函数不会抛出异常，它可以避免生成一些额外的异常处理代码，从而提高程序的性能。这种优化在移动语义的实现中尤为重要，因为移动操作通常应该是不抛异常的。

移动语义与异常安全

移动语义依赖于对象资源的转移，而不是复制。如果在移动操作过程中抛出了异常，可能会导致资源丢失或数据损坏。因此，标准库中的移动构造函数和移动赋值运算符通常都标记为noexcept。

例如，std::vector在调整大小时，如果需要重新分配内存，会尝试使用移动构造函数来将元素从旧内存区域移动到新内存区域。如果移动构造函数没有标记为noexcept，std::vector将不得不使用复制构造函数，这可能会更慢。

异常规范的演变

在C++11之前，C++有异常规范（throw specification），例如void bar() throw(int, std::bad_alloc);，表示bar函数可能抛出int或std::bad_alloc类型的异常。然而，这种异常规范在实践中被证明是不可靠的，并且在C++11中被废弃。noexcept是更简单、更有效的替代方案。

使用场景与最佳实践

• 移动操作： 始终将移动构造函数和移动赋值运算符标记为noexcept。
• 析构函数： 析构函数通常不应该抛出异常。如果析构函数可能抛出异常，应考虑捕获并处理异常，或者使用noexcept(false)显式标记。
• 低级别函数： 对于不依赖于可能抛出异常的外部代码的低级别函数，可以考虑使用noexcept。
• 通用代码： 在编写通用代码（例如，模板函数）时，可以使用noexcept的条件形式，例如template void baz() noexcept(std::is_nothrow_move_constructible::value);，这表示baz函数是否抛出异常取决于类型T是否具有不抛出异常的移动构造函数。

noexcept和noexcept(true)的区别是什么？

noexcept和noexcept(true)在语义上是等价的，都表示函数承诺不抛出异常。然而，noexcept(false)表示函数可能抛出异常。使用noexcept(false)可能阻止编译器进行一些优化，但它允许函数在必要时抛出异常。

如何判断一个函数是否noexcept？

可以使用noexcept运算符来判断一个函数是否声明为noexcept。例如：bool is_nothrow = noexcept(foo());。如果foo函数声明为noexcept，则is_nothrow的值为true，否则为false。这在模板元编程中非常有用。

noexcept对性能的影响有多大？

noexcept对性能的影响取决于具体情况。在某些情况下，它可以显著提高性能，尤其是在移动语义的上下文中。在其他情况下，它的影响可能很小。然而，即使影响很小，使用noexcept也可以提高代码的清晰度和可维护性，并为异常安全编程提供更强的保证。如果函数确实不应该抛出异常，那么标记它为noexcept通常是一个好主意。

抛出异常后会发生什么？

如果一个声明为noexcept的函数抛出了异常，程序会立即终止（通常调用std::terminate）。这与未声明为noexcept的函数抛出异常不同，后者会导致栈展开和异常处理。因此，在使用noexcept时，必须确保函数确实不会抛出异常，或者采取适当的措施来防止异常抛出。例如，可以捕获并处理可能抛出的异常，或者使用std::abort来终止程序。