[Effective C++ --029]为“异常安全”而努力是值得的

假设有个class用来表现夹带背景图案的GUI菜单单，这个class用于多线程环境，所以它有个互斥器(mutex)作为并发控制用：

 class PrettyMenu{
 public:
     ...
     void changeBackground(std::istream& imgSrc);
     ...
 private:
     Mutex mutex;
     Image* bgImage;
     int imageChanges;
 };
 void PrettyMenu::changeBackground(std::istream& imgSrc)
 {
     lock(&mutex);
     delete bgImage;
     ++imageChanges;
     bgImage = new Image(imgSrc);
     unlock(&mutex);
 }

从异常安全性的角度看，这个函数很糟。因为没有满足异常安全的两个条件：

1.不泄露任何资源。上述代码没有做到这一点，因为一旦“new Image（imgSrc）”导致异常，对unlock就不会执行，于是互斥器就永远被把持住了。

2.不允许数据破坏。如果“new Image（imgSrc）”抛出异常，bgImage就指向一个已被删除的对象，imageChanges也已被累加，而其实并没有新的图像被成功安装起来。

解决资源泄漏的问题很容易，因为条款13已经教会我们“以对象去管理资源”，而条款14也逃入了Lock class作为一种“确保互斥器被及时释放”的方法：

 void PrettyMenu::changeBackground(std::istream& imgSrc)
 {
     Lock ml(&mutex);           //来自条款14；
     delete bgImage;
     ++imageChanges;
     bgImage = new Image(imgSrc);
 }

关于“资源管理类”如Lock，一个最棒的事情是，它们通常使函数更短。较少的代码就是较好的代码，因为出错的机会比较少。

异常安全函数（Exception-safe function）提供以下三个保证之一：

1.基本承诺：如果异常被抛出，程序内的任何事物仍然保持在有效状态下。没有任何对象或数据结构会因此而败坏，所有对象都处于一种内部前后一致的状态（例如所有的class约束条件都继续获得满足）。然而程序的现实状态恐怕不可预料。如上例changeBackground使得一旦有异常被抛出时，PrettyMenu对象可以继续拥有原背景图像，或是令它拥有某个缺省背景图像，但客户无法预期哪一种情况。如果想知道，它们恐怕必须调用某个成员函数以得知当时的背景图像是什么。

2.强烈保证：如果异常被抛出， 程序状态不改变。如果函数成功，就是完全成功，否则，程序会回复到“调用函数之前”的状态。

3.不抛掷（nothrow）保证：承诺绝不抛出异常，因为它们总是能够完成它们原先承诺的功能。作用于内置类型（如ints，指针等等）上的所有操作都提供nothrow保证。带着“空白异常明细”的函数必为nothrow函数，其实不尽然

 int doSomething() throw(); //”空白异常明细”

这并不是说doSomething绝不会抛出异常，而是说如果抛出异常，将是严重错误，会有你意想不到的函数被调用。实际上doSomething也许完全没有提供任何异常保证。函数的声明式（包括异常明细）并不能告诉你是否它是正确的、可移植的或高效的，也不能告诉你它是否提供任何异常安全性保证。

一般而言，应该会想提供可实施的最强烈保证。nothrow函数很棒，但我们很难再c part of c++领域中完全没有调用任何一个可能抛出异常的函数。所以大部分函数而言，抉择往往落在基本保证和强烈保证之间。

对changeBackground而言，首先，从一个类型为Image*的内置指针改为一个“用于资源管理”的智能指针，第二，重新排列changeBackground内的语句次序，使得在更换图像之后再累加imageChanges。

 class PrettyMenu{
     ...
     std::tr1::shared_ptr<Image> bgImage;
     ...
 };
 
 void PrettyMenu::changeBackground(std::istream& imgSrc)
 {
     Lock ml(&mutex);
     bgImage.reset(new Image(imgSrc));
     ++imageChanges;
 }

不再需要手动delete旧图像，只有在reset在其参数（也就是“new Image（imgSrc）”的执行结果）被成功生成之后才会被调用。美中不足的是参数imgSrc。如果Image构造函数抛出异常，有可能输入流的读取记号（read marker）已被移走，而这样的搬移对程序其余部分是一种可见的状态改变。所以在解决这个之前只提供基本点异常安全保证。

作为策略，桥接模式或者叫做PIMPL的模式可以实现：

PIMPL模式可以参考我的C++博客。

 struct PMImpl{
     std::tr1::shared_ptr<Image> bgImage;
     int imageChanges;
 };
 class PrettyMenu{
     ...
 private:
     Mutex mutex;
     std::tr1::shared_ptr<PMImpl> pImpl;
 };
 void PrettyMenu::changeBackground(std::istream& imgSrc)
 {
     using std::swap;
     Lock ml(&mutex);
     std::tr1::shared_ptr<PMImpl> pNew(new PMImpl(*pImpl));
     pNew->bgImage.reset(new Image(imgSrc)); //修改副本
     ++pNew->imageChanges;
     swap(pImpl, pNew);                      //置换数据
 }

在那个副本上做一切必要修改。若有任何修改动作抛出异常，源对象仍然保持未改变状态。待所有改变都成功后，再将修改过的副本和原对象在一个不抛出异常的swap中置换

实现上通常是将所有“隶属对象的数据”从原对象放进另一个对象内，然后赋予源对象一个指针，指向那个所谓的实现对象（implementation object，即副本）。

◆总结

1.异常安全函数(Exception-safe functions)即时发生异常也不会泄露资源或允许任何数据结构破坏。这样的函数区分为三种可能的保证：基本型、强烈型、不抛异常型。

2.“强烈保证”往往能够以copy-and-swap实现出来，但“强烈保证”并非对所有函数都可实现或具备现实意义。

3.函数提供的“异常安全保证”通常最高只等于其所调用之各个函数的“异常安全保证”中的最弱者。