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如何编写异常安全的C++代码

作者 佚名技术 来源 程序设计 浏览 发布时间 2012-06-30
法是:在可能失败的过程中计算出对象的目标状态,但是不修改对象,在决不失败的过程中,把对象替换到目标状态。考察一个不安全的字符串赋值方法:

string& operator=(const string& rsh){
 if (this != &rsh){
  myalloc locked_pool(m_data);
  locked_pool.deallocate(m_data);
  if (rsh.empty())
   m_data = NULL;
 else{
  m_data = locked_pool.allocate(rsh.size() + 1);
  never_failed_copy(m_data, rsh.m_data, rsh.size() + 1);
 }
}
return *this;
}

locked_pool是为了锁定内存页。为了讨论的简单起见,我们假设只有locked_pool构造函数和allocate是可能抛出异常的,那么这段代码连基本保证也没有做到。若allocate失败,则m_data取值将是非法的。参考上面的b条目,我们可以这样修改代码:

myalloc locked_pool(m_data);
locked_pool.deallocate(m_data); //进入非法状态
m_data = NULL; //立刻再次回到合法状态,且不会失败
if(!rsh.empty()){
 m_data = locked_pool.allocate(rsh.size() + 1);
 never_failed_memcopy(m_data, rsh.m_data, rsh.size() + 1);
}

现在,如果locked_pool失败,对象不发生改变。如果allocate失败,对象是一个空字符串,这既不是初始状态,也不是我们预期的目标状态,但它是一个合法状态。我们阐明了实现基本保证所需要的技巧部分,结合前述的基础设施(RAII的运用),完全可以实现基本保证了...哦,其实还是有一点疏漏,不过,那就留到最后吧。

让上面的代码实现强保证:

myalloc locked_pool(m_data);
char* tmp = NULL;
if(!rsh.empty()){
 tmp = locked_pool.allocate(rsh.size() + 1);
 never_failed_memcopy(tmp, rsh.m_data, rsh.size() + 1); //先生成目标状态
}
swap(tmp, m_data); //对象安全进入目标状态
m_alloc.deallocate(tmp); //释放原有资源

强保证的代码多使用了一个局部变量tmp,先计算出目标状态放在tmp中,然后在安全进入目标状态,这个过程我们并没有损失什么东西(代码清晰性,性能等等)。看上去,实现强保证并不比基本保证困难多少,一般而言,也确实如此。不过,别太自信,举一种典型的很难实现强保证的例子,对于区间操作的强保证:

for (itr = range.begin(); itr != range.end(); ++itr){
 itr->do_something();
}

如果某个do_something失败了,range将处于什么状态?这段代码仍然做到了基本保证,但不是强保证的,根据实现强保证的基本原则,我们可以这么做:

tmp = range;
for (itr = tmp.begin(); itr != tmp.end(); ++itr){
 itr->do_something();
}
swap(tmp, range);

似乎很简单啊!呵呵,这样的做法并非不可取,只是有时候行不通。因为我们额外付出了性能的代价,而且,这个代价可能很大。无论如何,我们阐述了实现强保证的方法,怎么取舍则由您决定了。 接下来讨论最后一种异常安全保证:不会失败。

通常,我们并不需要这么强的安全保证,但是我们至少必须保证三类过程不会失败:析构函数,释放类函数,swap。析构和释放函数不会失败,这是RAII技术有效的基石,swap不会失败,是为了“在决不失败的过程中,把对象替换到目标状态”。我们前面的所有讨论都是建立在这三类过程不会失败的基础上的,在这里,弥补了上面的那个疏漏。

一般而言,语言内部类型的赋值、取地址等运算是不会发生异常的,上述三类过程逻辑上也是不会发生异常的。内部运算中,除法运算可能抛出异常。但是地址访问错通常是一种错误,而不是异常,我们本应该在前条件检查中就发现的这一点的。所有不会发生异常操作的简单累加,仍然不会导致异常。 好了,现在我们可以总结一下编写异常安全代码的几条准则了:

1.只在应该使用异常的地方抛出异常

2.如果不知道

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