[翻译] Effective C++, 3rd Edition, Item 29: 争取 exception-safe code（异常安全代码）（下）

（点击此处，接上篇）

然而，让我们把它放在一边，并且依然假装 changeBackground 可以提供 strong guarantee（强力保证）。（我确信你至少能提出一种方法让它做到这一点，或许可以通过将它的参数类型从一个 istream 变成包含图像数据的文件的文件名。）有一种典型的产生 strong guarantee（强力保证）的通用设计策略，而熟悉它是非常必要的。这个策略被称为 "copy and swap"。在原理上，它很简单。先做出一个你要改变的 object 的拷贝，然后在这个拷贝上做出全部所需的改变。如果改变过程中的某些操作抛出了异常，原来的 object 保持不变。在所有的改变全部成功之后，将原来的和被改变的 object 和在一个 non-throwing（不抛出）的操作中进行交换。

这通常通过这种方法实现：将整个对象的全部数据从“真正的” object 中放入到一个单独的执行 object 中，然后将一个指向执行 object 的指针交给真正的 object。这通常被称为 "pimpl idiom"，Item 31 描述了它的一些细节。对于 PrettyMenu 来说，它一般就像这样：

struct PMImpl { // PMImpl = "PrettyMenu
std::tr1::shared_ptr<Image> bgImage; // Impl."; see below for
int imageChanges; // why it's a struct
};

class PrettyMenu {
...

private:
Mutex mutex;
std::tr1::shared_ptr<PMImpl> pImpl;
};

void PrettyMenu::changeBackground(std::istream& imgSrc)
{
using std::swap; // see Item 25

Lock ml(&mutex); // acquire the mutex

std::tr1::shared_ptr<PMImpl> // copy obj. data
pNew(new PMImpl(*pImpl));

pNew->bgImage.reset(new Image(imgSrc)); // modify the copy
++pNew->imageChanges;

swap(pImpl, pNew); // swap the new
// data into place

} // release the mutex

在这个例子中，我选择将 PMImpl 做成一个 struct，而不是 class，因为通过让 pImpl 是 private 就可以确保 PrettyMenu 数据的封装。将 PMImpl 做成一个 class 尽管少了一些便利性，却没有增加什么好处。（这也会使有 object-oriented 洁癖者走投无路。）如果你愿意，PMImpl 可以嵌套在 PrettyMenu 内部，像这样的打包问题与我们这里所关心的写 exception-safe code（异常安全代码）之间没有什么关系。

copy-and-swap 策略是一种要么全部改变，要么丝毫不变一个 object 的状态的极好的方法，但是，在通常情况下，它不能保证全部函数都是 strongly exception-safe（强力异常安全）的。为了弄清原因，考虑一个 changeBackground 的抽象化身—— someFunc，它使用了 copy-and-swap，但是它包含了对另外两个函数（f1 和 f2）的调用：

void someFunc()
{
... // make copy of local state
f1();
f2();
... // swap modified state into place
}

很明显，如果 f1 或 f2 低于 strongly exception-safe（强力异常安全），someFunc 就很难成为 strongly exception-safe（强力异常安全）的。例如，假设 f1 仅提供 basic guarantee（基本保证）。为了让 someFunc 提供 strong guarantee（强力保证），它必须写代码在调用 f1 之前测定整个程序的状态，并捕捉来自 f1 的所有异常，然后恢复到原来的状态。

即使 f1 和 f2 都是 strongly exception safe（强力异常安全）的，事情也好不到哪去。毕竟，如果 f1 运行完成，程序的状态已经发生了毫无疑问的变化，所以如果随后 f2 抛出一个异常，即使 f2 没有改变任何东西，程序的状态也已经和调用 someFunc 时不同。

问题在于副作用。只要函数仅对局部状态起作用（例如，someFunc 仅仅影响调用它的那个 object 的状态），它提供 strong guarantee（强力保证）就相对容易。当函数有作用于非局部数据的副作用，它就会困难得多。例如，如果调用 f1 的副作用是一个数据库被改变，让 someFunc 成为 strongly exception-safe（强力异常安全）就非常困难。一般情况下，没有办法撤销已经提交的数据库变化，其他数据库客户可能已经看见了数据库的新状态。

类似这样的问题可能会阻止你为一个函数提供 strong guarantee（强力保证），即使你希望去做。另一个问题是性能。copy-and-swap 的要点是这样一个想法：改变一个 object 的数据的拷贝，然后在一个 non-throwing（不抛出）的操作中将原来的和被改变的数据进行交换。这就需要做出每一个将被改变的 object 的拷贝，这可能会用到你不能或不情愿动用的时间和空间。strong guarantee（强力保证）是非常值得的，当它可行时你应该提供它，除非在它不能 100% 可行的时候。

当它不可行时，你就必须提供 basic guarantee（基本保证）。在实践中，你可能会发现你能为某些函数提供 strong guarantee（强力保证），但是性能和复杂度的成本使得它难以用于大量的其它函数。只要你做过只要可行就提供 strong guarantee（强力保证）的合理的努力，当你只提供了 basic guarantee（基本保证）时，就没有人会因此而站在批评你的立场上。对于很多函数来说，basic guarantee（基本保证）是一个完全合理的选择。

如果你写了一个根本没有提供 exception-safety guarantee（异常安全保证）的函数，事情就不同了，因为在这一点上有罪推定是合情合理的，直到你证明自己是清白的。你应该写出 exception-safe code（异常安全代码）。除非你能做出有说服力的答辩。请再次考虑调用了函数 f1 和 f2 的 someFunc 的实现。假设 f2 根本没有提供 exception safety guarantee（异常安全保证），甚至没有 basic guarantee（基本保证）。这就意味着如果 f2 发生一个异常，程序可能会在 f2 内部泄漏资源。这也意味着 f2 可能会破坏数据结构，例如，有序数组可能不再有序，正在从一个数据结构传递给另一个数据结构去的 objects 可能会丢失，等等。没有任何办法可以让 someFunc 能弥补这些问题。如果 someFunc 调用的函数不提供 exception-safety guarantees（异常安全保证），someFunc 本身就不能提供任何保证。

请允许我回到怀孕。一个女性或者怀孕或者没有。部分地怀孕是绝不可能的。与此相似，一个软件系统或者是 exception-safe（异常安全）的或者不是。没有像 partially exception-safe system（部分异常安全系统）这样的东西。一个系统即使只有一个独立函数不是 exception-safe（异常安全）的，那么系统作为一个整体就不是 exception-safe（异常安全）的，因为调用那个函数可能导致泄漏资源和破坏数据结构。不幸的是，很多 C++ 的遗留代码在写的时候没有留意 exception safety（异常安全），所以现在的很多系统都不是 exception-safe（异常安全）的。它们混合了用 exception-unsafe（非异常安全）的风格书写的代码。

没有理由让事情的这种状态永远持续下去。当书写新的代码或修改已有代码时，要仔细考虑如何使它 exception-safe（异常安全）。从使用 objects 管理资源开始（还是参见 Item 13）。这样可以防止资源泄漏。接下来，决定三种 exception safety guarantees（异常安全保证）中的哪一种是你能够为你写的每一个函数实际提供的最强的保证，只有当你不调用遗留代码就别无选择的时候，才能满足于没有保证。既为你的函数的客户也为将来的维护人员，文档化你的决定。一个函数的 exception-safety guarantee（异常安全保证）是它的接口的可见部分，所以你应该谨慎地选择它，就像你谨慎地选择一个函数接口的其它方面。

四十年前，到处都是 goto 的代码被尊为最佳实践。现在我们为书写结构化控制流程而奋斗。二十年前，全局可访问数据被尊为最佳实践。现在我们为封装数据而奋斗，十年以前，写函数时不必考虑异常的影响被尊为最佳实践。现在我们为写 exception-safe code（异常安全代码）而奋斗。

时光在流逝。我们生活着。我们学习着。

Things to Remember

即使当异常被抛出时，exception-safe functions（异常安全函数）不会泄露资源，也不允许数据结构被破坏。这样的函数提供 basic（基本）的，strong（强力）的，或者 nothrow（不抛出）保证。

strong guarantee（强力保证）经常可以通过 copy-and-swap 被实现，但是 strong guarantee（强力保证）并非对所有函数都可行。

一个函数通常能提供的保证不会强于他所调用的函数中最弱的保证。