面试题：C++异常规范及跨平台异常处理

Question

在C++早期有异常规范（如`throw()`等），但后来被弃用。请解释为什么这些异常规范被弃用，以及现代C++中替代的异常安全策略。同时，考虑跨平台开发，不同操作系统对异常处理的实现可能存在差异，例如Windows和Linux。在跨平台项目中，如何编写可移植的异常处理代码，尤其是在处理底层系统调用可能抛出异常的情况下？给出具体的思路和示例代码框架。

Answer 1

异常规范被弃用的原因

1. 运行时开销：异常规范在运行时需要额外的检查，这增加了程序的性能开销。例如，函数调用时需要检查函数是否可能抛出不匹配异常规范的异常，这会引入额外的指令。
2. 维护困难：随着代码的演进，函数的实现可能改变，导致异常规范难以维护。如果函数实现修改后抛出了不符合异常规范的异常，程序行为将变得未定义。
3. 缺乏灵活性：异常规范是一种严格的声明，限制了函数可能抛出的异常类型。这在实际开发中可能过于死板，无法适应复杂多变的需求。

现代C++中替代的异常安全策略

1. 异常安全保证：
   • 基本保证：如果异常抛出，程序的状态不被破坏，所有对象处于有效状态。例如，在容器操作中，如果插入元素时抛出异常，容器本身不会处于不一致状态。
   • 强烈保证：如果异常抛出，程序状态回滚到操作前的状态，即“事务性”语义。例如，在进行多个相关操作时，若其中一个操作失败抛出异常，所有已完成的操作将被撤销。
   • 不抛出保证：函数承诺绝不抛出异常，通常用于移动构造函数、析构函数等对异常敏感的函数。
2. RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：通过对象的构造和析构来管理资源。例如，使用std::unique_ptr管理动态分配的内存，std::lock_guard管理互斥锁等。当对象超出作用域时，析构函数会自动释放资源，即使在析构函数之前抛出异常也能保证资源的正确释放。

跨平台项目中编写可移植的异常处理代码思路

1. 使用标准库：依赖C++标准库提供的异常机制，如std::exception及其派生类。避免使用平台特定的异常类型或处理方式。
2. 封装系统调用：将底层系统调用封装在函数或类中，在封装层处理可能的异常并转换为标准异常。这样上层代码无需关心不同平台系统调用的异常差异。
3. 条件编译：在某些情况下，可能需要针对不同平台编写特定的代码，但应尽量减少这种情况。例如，在Windows上，系统调用可能通过GetLastError获取错误码，而在Linux上可能通过errno。可以使用条件编译来处理这种差异。

示例代码框架

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <cstdlib>
#include <cerrno>

#ifdef _WIN32
#include <windows.h>
#endif

// 封装系统调用
void platform_specific_call() {
#ifdef _WIN32
    // Windows 系统调用示例
    if (!SomeWindowsAPI()) {
        DWORD error = GetLastError();
        throw std::runtime_error("Windows API call failed with error: " + std::to_string(error));
    }
#else
    // Linux 系统调用示例
    if (someLinuxSystemCall() == -1) {
        throw std::runtime_error("Linux system call failed with error: " + std::string(strerror(errno)));
    }
#endif
}

// 上层调用函数
void higher_level_function() {
    try {
        platform_specific_call();
    } catch (const std::runtime_error& e) {
        std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
        // 可以在这里进行进一步处理，如记录日志、恢复状态等
    }
}

int main() {
    higher_level_function();
    return 0;
}

在上述示例中，platform_specific_call函数封装了平台特定的系统调用，并将其可能产生的错误转换为标准的std::runtime_error异常。higher_level_function函数捕获这些异常并进行统一处理，使得上层代码无需关心底层平台的差异。这样的代码框架有助于在跨平台项目中编写可移植的异常处理代码。