一、异常安全的基本概念

异常安全代码的核心在于：当异常被抛出时，程序不会泄漏资源，且能维持数据一致性。C++标准定义了三个级别的异常安全保证：

1. 基本保证：程序保持有效状态（无资源泄漏）
2. 强保证：操作要么完全成功，要么回滚到初始状态
   3.不抛异常保证：操作保证不会失败（如标记为noexcept的函数）

cpp // 弱安全示例（可能泄漏资源） void unsafe_op() { int* ptr = new int[100]; throw std::runtime_error("Oops"); delete[] ptr; // 永远不会执行 }

二、实现强异常安全的核心技术

1. RAII（资源获取即初始化）

C++最强大的武器之一，通过对象生命周期自动管理资源：

cpp class FileHandle { FILE* f; public: explicit FileHandle(const char* name) : f(fopen(name, "r")) { if(!f) throw std::runtime_error("Open failed"); } ~FileHandle() { if(f) fclose(f); } // 禁用拷贝（或实现深拷贝） };

2. Copy-and-Swap惯用法

实现强保证的经典模式，尤其适用于赋值操作：

cpp
class String {
char* data;
size_t length;

void swap(String& other) noexcept {
    std::swap(data, other.data);
    std::swap(length, other.length);
}

public:
String& operator=(const String& rhs) {
String temp(rhs); // 可能抛出异常
swap(temp); // 不会抛出
return *this; // temp析构释放旧资源
}
};

3. 事务性操作

将多个操作包装为原子性事务：

cpp
class Database {
std::vector records;

void commit_update(Record new_rec) {
    auto old_state = records;  // 1. 保存状态
    try {
        records.push_back(new_rec); // 2. 尝试修改
        // 其他可能失败的操作...
    } catch(...) {
        records = std::move(old_state); // 3. 回滚
        throw;
    }
}

};

三、现代C++的最佳实践

1. 智能指针的合理使用

cpp void safe_operation() { auto ptr = std::make_unique<Resource>(); // 自动管理内存 process(*ptr); // 可能抛出异常 // 无需手动delete }

2. 移动语义优化

cpp class Buffer { std::unique_ptr<char[]> data; public: Buffer(Buffer&&) noexcept = default; Buffer& operator=(Buffer&&) noexcept = default; // 移动操作应标记为noexcept };

3. noexcept的正确使用

cpp void critical_operation() noexcept { // 保证不会抛出的操作 std::array<int, 100> stack_array; // ... 仅包含不会抛出的操作 }

四、典型场景解决方案

1. 多阶段初始化的处理

cpp
class ResourceManager {
std::uniqueptr conn; std::uniqueptr cache;

void initialize() {
    auto temp_conn = std::make_unique<Connection>();
    auto temp_cache = std::make_unique<Cache>(*temp_conn);
    // 全部成功后才提交
    conn = std::move(temp_conn);
    cache = std::move(temp_cache);
}

};

2. 异常安全的数据结构

cpp
template
class SafeVector {
std::uniqueptr<T[]> data; sizet size;

public:
void pushback(const T& item) { auto newdata = std::makeunique<T[]>(size + 1); std::copyn(data.get(), size, newdata.get()); newdata[size] = item; // 可能抛出
data.swap(new_data);
++size;
}
};

五、测试异常安全性的方法

1. 使用异常注入测试
2. 验证资源泄漏（如Valgrind）
3. 检查对象不变式

cpp TEST(ExceptionSafetyTest, StrongGuarantee) { Widget w; try { throw_at_counter = 3; // 模拟在第3步抛出 w.modify(); FAIL() << "Should have thrown"; } catch(...) { ASSERT_EQ(original_state, w); // 验证状态回滚 } }

结语

实现强异常安全需要开发者：1) 优先使用RAII管理资源 2) 隔离可能失败的操作 3) 通过事务语义保证原子性。现代C++的工具链（智能指针、移动语义等）大大降低了实现成本，但核心思想仍是：在修改状态前准备好所有资源，要么全部提交，要么全部回滚。

"好的异常安全代码不是偶然实现的，而是通过严格的设计原则和惯用法精心构建的。" —— Herb Sutter