C++ vector扩容解析noexcept应用场景

介绍

vector是C++ STL中一个重要的容器，它可以动态地存储变量，并且自动地进行内存管理。在使用vector时，会涉及到内存扩容的问题，本文将详细解析vector的扩容过程和noexcept的应用场景。

vector扩容过程

vector在扩容时，会申请一块更大的内存空间，将原有的数据复制到新的内存空间中，并释放掉原有的内存空间。vector的内存扩容是通过指数级别扩容的，每次扩容内存大小翻倍。

在vector内存扩容的过程中，如果涉及异常的抛出，那么会导致原有内存空间没有及时释放，从而造成内存泄漏的问题。因此，C++11中引入了noexcept关键字来标识某个函数不会抛出异常，vector的扩容函数reserve就是使用了noexcept标识。

noexcept的应用场景

noexcept是C++11中引入的一个关键字，用于表明一个函数是否可能抛出异常。如果函数不可能抛出异常，就应该把它标识为noexcept。在C++11中，noexcept的应用场景主要有以下两个方面，它们与vector的扩容密切相关：

1. 保证内存管理的正确性：在vector进行扩容时，如果涉及到异常的抛出，那么就会导致内存管理出现问题，从而导致内存泄漏或者内存破坏的情况。因此，在vector的扩容函数中使用noexcept标识，可以保证函数不会抛出异常，保证内存管理的正确性。

2. 优化代码性能：在C++11中，noexcept的应用还可以用于代码性能优化。因为编译器在处理一个被noexcept标识的函数时，可以开启一些性能优化的策略，从而提高代码的执行效率。尤其是在函数嵌套的场景中，noexcept的应用可以极大地提高代码的性能。

示例说明

下面通过两个实例进行说明。

示例1

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
    std::vector<int> v;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        v.push_back(i);
    }
    v.reserve(100);
    for (int i = 10; i < 100; i++) {
        v.push_back(i);
    }
    for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
        std::cout << v[i] << " ";
    }
    return 0;
}

示例1中，我们使用vector实现了一个动态数组，并对其进行扩容操作。在这个过程中，我们使用了vector的reserve函数进行扩容，因为reserve使用了noexcept标识，所以可以保证内存管理的正确性。

示例2

#include <vector>
#include <iostream>

class A {
public:
    A() = default;
    A(const A&) noexcept = default;
    A(A&&) noexcept = default;
    ~A() = default;
    void foo() noexcept {
        std::cout << "noexcept" << std::endl;
    }
};

class B {
public:
    B() = default;
    B(const B&) = default;
    B(B&&) = default;
    ~B() = default;
    void foo() noexcept(false) {
        std::cout << "may throw exception" << std::endl;
    }
};

void f() noexcept {
    A a;
    a.foo();
}

void g() noexcept {
    B b;
    b.foo();
}

int main()
{
    f();
    g();
    return 0;
}

示例2中，我们定义了两个类A和B，并分别定义了它们的构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数、析构函数和成员函数foo。其中，类A的成员函数foo使用了noexcept标识，而类B的成员函数foo没有使用noexcept标识。接下来我们在函数f和函数g中分别创建了类A和类B的对象，并调用它们的成员函数foo。在这个过程中，类A的成员函数foo可以保证不会抛出异常，而类B的成员函数foo可能会抛出异常。

因此，在使用noexcept关键字时，需要仔细分析函数的实现细节，并确定函数是否能够保证不会抛出异常。如果函数可能会抛出异常，那么就可以不使用noexcept关键字，而让异常逐级抛出，以便进行相应的异常处理。如果函数不可能抛出异常，那么就可以使用noexcept关键字，从而保证函数的正确性和代码的性能。