面试题：C++ 函数返回引用的异常安全性与资源管理类结合

Question

考虑使用 `std::unique_ptr` 来管理 `MyClass` 类中的动态资源。编写一个函数 `MyClass& createAndReturnMyClass()`，该函数在构建 `MyClass` 对象过程中可能抛出异常，要确保无论异常是否发生，资源都能正确管理，并且返回的引用指向的对象状态是合理的。同时说明在这个过程中异常安全性的三个级别（基本保证、强保证、无异常保证）分别如何实现和体现。

Answer 1

#include <memory>
#include <stdexcept>

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // 假设这里进行资源分配，可能抛出异常
        if (someCondition()) {
            throw std::runtime_error("Resource allocation failed");
        }
    }
    ~MyClass() {
        // 资源释放
    }
private:
    bool someCondition() {
        // 模拟条件判断
        return true;
    }
};

MyClass& createAndReturnMyClass() {
    static std::unique_ptr<MyClass> myObj;
    if (!myObj) {
        try {
            myObj.reset(new MyClass());
        } catch(...) {
            // 异常处理，这里可以记录日志等
            throw;
        }
    }
    return *myObj;
}

异常安全性的三个级别

1. 基本保证：

   • 实现：在MyClass的构造函数中，如果资源分配失败抛出异常，MyClass的析构函数不会被调用，因为对象还未完全构造完成。std::unique_ptr在超出作用域时会自动调用MyClass的析构函数来释放资源。在createAndReturnMyClass函数中，如果new MyClass()抛出异常，myObj不会被赋值，不会导致悬空指针，也不会泄露已分配的资源。
   • 体现：如果构造MyClass对象时抛出异常，程序不会泄露资源，并且其他对象的状态保持不变。

2. 强保证：

   • 实现：在createAndReturnMyClass函数中，使用try - catch块捕获异常。如果new MyClass()抛出异常，myObj不会被修改，保持之前的状态（如果有的话）。同时，MyClass的构造函数应该是强异常安全的，即要么成功构造对象并分配好所有资源，要么抛出异常且不影响其他对象和资源。
   • 体现：如果构造MyClass对象时抛出异常，程序不会泄露资源，并且其他对象的状态保持不变，而且当前操作（构造MyClass对象）要么完全成功，要么完全失败，不会处于部分完成的状态。

3. 无异常保证：

   • 实现：要达到无异常保证，MyClass的构造函数和析构函数都必须不抛出异常。同时，createAndReturnMyClass函数中的new MyClass()操作也需要确保不会抛出异常（例如通过提前检查资源是否足够等方式）。在实际应用中，可以使用std::nothrow版本的new操作符，不过它返回nullptr而不是抛出异常，需要额外处理。
   • 体现：调用createAndReturnMyClass函数永远不会抛出异常，保证程序的执行流是可预测的，不会因为异常而导致程序进入未定义状态。