`noexcept` 详解

noexcept 是 C++11 引入的一个关键字，用来明确声明某个函数不会抛出异常。它的作用不仅是提高代码的可读性和安全性，同时也可以帮助编译器进行优化，从而提升程序的性能。

1. noexcept的基本作用

表明函数不会抛出异常：

如果函数声明为 noexcept，它表示函数内部不会抛出异常。

编译器会信任这个声明，从而避免生成与异常处理相关的代码，优化性能。

提供接口稳定性：

当一个函数明确声明为 noexcept 时，用户调用这个函数时可以确信它不会抛出异常，从而更容易编写鲁棒性代码。

影响 STL 容器行为：

一些 STL 容器（如std::vector）在执行某些操作（如元素移动）时，会优先选择 noexcept 的移动构造函数。如果移动构造函数没有声明为 noexcept，容器可能会退而选择更昂贵的拷贝构造函数。

2. noexcept的语法

函数声明

void func() noexcept;  // 表示 func 不会抛出异常
void func();           // 普通函数，可能抛出异常

条件性 `noexcept`

noexcept 还可以带一个条件表达式，在运行时动态判断函数是否可能抛出异常：

void func() noexcept(true);   // 明确不会抛出异常
void func() noexcept(false);  // 明确可能抛出异常

template<typename T>
void func() noexcept(std::is_nothrow_move_constructible<T>::value);

std::is_nothrow_move_constructible::value：

std::is_nothrow_move_constructible：

它是 C++ 标准库 <type_traits> 中的一个模板元函数，用来检测类型T是否具有不抛异常的移动构造函数。

如果类型T的移动构造函数声明为noexcept，这个模板会返回true。

.value：

std::is_nothrow_move_constructible 的静态成员，表示模板检测的结果，是一个布尔值（true 或 false）。

3. 为什么要用 `noexcept`

性能优化：当函数声明为 noexcept 时，编译器会优化异常处理相关的代码（如栈展开等），提高运行效率。在 STL 容器中，优先选择 noexcept 的移动构造函数，从而避免不必要的拷贝操作。
程序安全性：如果一个函数本身设计就不应该抛出异常，使用 noexcept 明确这一点，可以防止因误操作导致的意外异常抛出。
如果一个 noexcept 函数抛出了异常，程序会立即调用 std::terminate() 终止运行，避免程序进入不确定状态。

4. 如何判断一个函数是否是 `noexcept`

可以使用 noexcept 运算符来检测一个函数是否被声明为 noexcept：

# include <iostream>

void func1() noexcept
{
    // 不抛出异常
}

void func2()
{
    // 可能抛出异常
}

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "func1 is noexcept: " << noexcept(func1()) << std::endl;  // 输出 true
    std::cout << "func2 is noexcept: " << noexcept(func2()) << std::endl;  // 输出 false
    return 0;
}

std::boolalpha是C++ 中的一个流操作符，用于控制布尔值的输出格式。通过它，可以将布尔值（true 或 false）以文字形式输出，而不是以数字形式（1 或 0）

std::cout << std::boolalpha —— 输出 true / false

std::cout << std::noboolalpha —— 输出1 / 0

5. `noexcept` 在 STL 中的应用

在 C++ 标准模板库（STL）中，例如 std::vector、std::deque 等，移动操作的效率通常高于拷贝操作。

如果元素的移动构造函数没有声明为 noexcept，这些容器在扩容或重新排列时，可能会选择更安全的拷贝构造函数，而不是移动构造函数。

这是因为如果移动构造函数抛出异常，会导致容器的状态变得不一致。

示例：

# include <vector>
# include <iostream>
# include <utility>

class MyClass
{
public:
    MyClass() {}

    MyClass(const MyClass&)
    {
        std::cout << "Copy Constructor" << std::endl;
    }

    MyClass(MyClass&&) noexcept
    {
        std::cout << "Move Constructor (noexcept)" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    std::vector<MyClass> vec;
    vec.reserve(2);

    // 容器扩容时会使用移动构造函数，而不是拷贝构造函数
    vec.emplace_back();  // 调用 Move Constructor
    return 0;
}

输出：

Move Constructor (noexcept)
Move Constructor (noexcept)

如果没有 noexcept 声明，输出可能包含拷贝构造函数调用。

6. `noexcept` 和 `throw()` 的区别

throw() 是 C++98 中的异常规范，用来声明函数不会抛出异常，在 C++11 中已被废弃，不推荐使用。

语法：

void func() throw();  // 声明 func 不会抛出异常

`noexcept` 的优势

noexcept 更灵活，可以通过条件表达式动态判断是否抛出异常。
而 throw() 在编译期和运行时都有较多限制，noexcept 更高效。
throw() 声明不匹配时，程序行为未定义，而 noexcept 会调用 std::terminate()。

7. 注意事项

noexcept 适用于确实不会抛出异常的函数。

对可能抛出异常的函数错误地使用 noexcept 会隐藏错误，导致程序直接终止。

在模板函数中，建议结合 std::is_nothrow_* 系列类型检测（如 std::is_nothrow_move_constructible）使用。示例：

template<typename T>
void func() noexcept(std::is_nothrow_move_constructible<T>::value);

8. 示例：综合演示

    # include <iostream>
    # include <vector>
    # include <type_traits>

    class MyClass
    {
    public:
        MyClass() {}

        MyClass(const MyClass&)
        {
            std::cout << "Copy Constructor" << std::endl;
        }

        MyClass(MyClass&&) noexcept
        {
            std::cout << "Move Constructor (noexcept)" << std::endl;
        }
    };
    
    int main()
    {
        MyClass a;
        MyClass b = std::move(a);  // 调用移动构造函数

        std::cout << std::boolalpha;
        std::cout << "MyClass is noexcept move constructible: "
                << std::is_nothrow_move_constructible<MyClass>::value << std::endl;

        return 0;
    }

输出：

Move Constructor (noexcept)
MyClass is noexcept move constructible: true

9. 总结

noexcept 的用途：
- 声明函数不会抛出异常。
- 优化性能，帮助 STL 容器更高效地使用移动语义。
noexcept 的安全性：
- 如果抛出异常，程序会终止运行，保证一致性。
如何使用：
- 声明 noexcept 函数，确保设计的函数不抛异常。
- 在模板中结合类型特性检查条件性 noexcept。

noexcept 详解