函数后面的const与noexcept

C++ 中函数后面的 const 和 noexcept 的含义

在 C++ 中，函数声明或定义后添加的 const 和 noexcept 是函数修饰符，用于指定函数的行为和属性。

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1. 函数后面的 const

含义

• 成员函数限定符：const 出现在类成员函数的声明或定义后，表示该函数不会修改对象的非 mutable 成员变量。
• 承诺：调用该函数时，对象的状态（除 mutable 成员外）保持不变。
• 语义：用于声明“只读”成员函数，增强代码安全性。

实现机制

• 编译器将 const 成员函数的 this 指针视为 const T*（而非 T*），禁止修改非 mutable 成员。
• 可被 const 对象、引用或指针调用，而非 const 成员函数只能被非 const 对象调用。

代码示例

#include <iostream>

class MyClass {
    int x = 0;
    mutable int y = 0; // mutable 允许在 const 函数中修改
public:
    void setX(int val) { x = val; } // 非 const 函数
    int getX() const { // const 函数
        // x = 42; // 错误：不能修改非 mutable 成员
        y = 42; // 正确：mutable 成员可修改
        return x;
    }
};

int main() {
    const MyClass obj;
    // obj.setX(10); // 错误：const 对象不能调用非 const 函数
    std::cout << obj.getX() << "\n"; // 正确：调用 const 函数
}

应用场景

• 只读访问：用于访问对象状态而不修改（如 getter 函数）。
• const 正确性：确保 const 对象或引用能安全调用函数。
• 接口设计：提高类接口的语义清晰性和安全性。

注意事项

• mutable 成员可在 const 函数中修改，需谨慎使用。
• 重载时，const 和非 const 版本可共存，编译器根据调用对象的 const 属性选择。

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2. 函数后面的 noexcept

含义

• 异常规范：noexcept 表示函数承诺不抛出异常（或有条件不抛出）。
• 性能优化：编译器可优化不抛异常的函数（如减少异常处理开销）。
• C++11 引入：位于 <exception>，用于增强异常安全性和性能。

实现机制

• noexcept 分为两种：
  • **无条件 noexcept**：noexcept 或 noexcept(true)，保证不抛异常。
  • **条件 noexcept**：noexcept(expression)，根据表达式决定是否抛异常。
• 若 noexcept 函数抛出异常，程序调用 std::terminate() 终止。

代码示例

#include <iostream>

void func1() noexcept { // 无条件不抛异常
    std::cout << "func1 called\n";
}

void func2() noexcept(false) { // 可能抛异常
    throw std::runtime_error("Error");
}

void func3(int x) noexcept(x > 0) { // 条件 noexcept
    std::cout << "func3 called with x = " << x << "\n";
}

int main() {
    func1(); // 安全调用
    try {
        func2(); // 可能抛异常
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "Caught: " << e.what() << "\n";
    }
    func3(1); // 不抛异常
    func3(-1); // 可能抛异常
}

应用场景

• 性能优化：在标准库容器（如 std::vector）的移动操作中，noexcept 函数可启用更高效的实现（强异常保证）。
• 异常安全性：明确函数的异常行为，方便调用者处理。
• 模板编程：配合 noexcept 运算符（如 std::is_nothrow_move_constructible）优化代码。

注意事项

• 错误使用 noexcept（抛出异常）会导致程序终止，需确保函数逻辑符合承诺。
• 使用 noexcept 运算符检查函数是否为 noexcept：

  static_assert(noexcept(func1()), "func1 should be noexcept");

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3. 结合使用 const 和 noexcept

• const 和 noexcept 可同时用于成员函数，互不冲突。
• 语法：ReturnType func() const noexcept;
• 示例：

  class MyClass {
      int x;
  public:
      int getX() const noexcept { return x; } // 只读且不抛异常
  };

应用场景

• 高性能只读函数：如标准库中的访问器函数，需高效且安全。
• 严格接口：在要求高可靠性的系统中，明确函数行为。

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4. 对比总结

特性	const	noexcept
作用	禁止修改对象状态	承诺不抛异常
适用范围	成员函数	任何函数（成员或非成员）
编译器行为	限制 this 为 const	优化代码，异常抛出调用 terminate
性能影响	无直接影响	减少异常处理开销
语义	保证状态不变	保证异常安全

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5. 注意事项

• 误用后果：
  • const 函数修改非 mutable 成员会导致编译错误。
  • noexcept 函数抛出异常会导致程序终止。
• 与智能指针结合（结合上下文）：
  • 智能指针（如 unique_ptr、shared_ptr）的析构函数通常是 noexcept，确保异常安全。
  • 成员函数操作智能指针时，const 保证不修改指针状态，noexcept 优化析构或移动操作。
• C++ 标准演进：
  • C++11 引入 noexcept 和 alignof，C++17 增强 noexcept 推导。
  • 优先使用 std::make_unique/make_shared（如上下文所述），它们通常是 noexcept 的。

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6. 总结

• **const**：用于成员函数，保证不修改对象状态，适合只读操作。
• **noexcept**：承诺函数不抛异常，提升性能和异常安全性，适合移动操作或关键路径。
• 结合使用：在高性能、强安全场景中，const noexcept 提供清晰语义和优化。