​​Строгая гарантия исключений
#новичкам

Базовая гарантия - это конечно хорошо, наше приложение будет корректно работать, даже если что-то пойдет не так. Но иногда этого недостаточно. Иногда нам нужно, чтобы ошибка операции вообще никак не повлияла на текущее состояние системы. Либо операция выполнилась и все хорошо, либо она бросила исключение, но после его отлова система находится в том же состоянии, что и до выполнения операции.

Такое свойство операций называется транзакционность. Транзакция может либо выполниться полностью, либо все результаты промежуточных операций в ней откатываются до состояния до начала исполнения транзакции.

Это важно, когда ваша операция требует выполнения нескольких промежуточных операций, постепенно меняющих систему. Если остановиться посередине, то уже невозможно или очень сложно будет восстановить консистентность данных.

Давайте перепишем оператор присваивания класс IntArray из предыдущего поста так, чтобы он предоставлял строгую гарантию:

class IntArray {
    int *array;
    std::size_t nElems;

public:
    // ...

    ~IntArray() { delete[] array; }

    IntArray(const IntArray &that);  // nontrivial copy constructor

    IntArray &operator=(const IntArray &rhs) {
        int *tmp = nullptr;
        if (rhs.nElems) {
            tmp = new int[rhs.nElems];
            std::memcpy(tmp, rhs.array, rhs.nElems * sizeof(*array));
        }
        delete[] array;
        array = tmp;
        nElems = rhs.nElems;
        return *this;
    }

    // ...
};

В этот раз мы ничего не изменяем в самом объекте до тех пор, пока не выделим новый буфер и не скопируем туда элементы rhs. И только после этого выполняем обновление самого объекта с помощью небросающих инструкций.

Хрестоматийный пример из стандартной библиотеки - вектор с его методом push_back. Если у типа есть небросающий перемещающий конструктор, то метод предоставляет строгую гарантию. Вот примерно как это работает:

template <typename T>
class vector {
private:
    T *data = nullptr;
    size_t size = 0;
    size_t capacity = 0;

    void reallocate(size_t new_capacity) {
        // allocate memory
        T *new_data =
            static_cast<T *>(::operator new(new_capacity * sizeof(T)));
        size_t new_size = 0;

        try {
            // Move or copy elements 
            for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
                new (new_data + new_size) T(std::move_if_noexcept(data[i]));
                ++new_size;
            }
        } catch (...) {
            // Rollback in case of exception
            for (size_t i = 0; i < new_size; ++i) {
                new_data[i].~T();
            }
            ::operator delete(new_data);
            throw;
        }

        // cleanup
        // ...
    }

public:
    void push_back(const T &value) {
        if (size >= capacity) {
            size_t new_capacity = capacity == 0 ? 1 : capacity * 2;

            // save for rollback
            T *old_data = data;
            size_t old_size = size;
            size_t old_capacity = capacity;

            try {
                reallocate(new_capacity);
            } catch (...) {
                // restore
                data = old_data;
                size = old_size;
                capacity = old_capacity;
                throw;
            }
        }

        // actually insert element
        // ...
    }

};

в хэлпере reallocate используется std::move_if_noexcept, который условно кастит в rvalue ссылке, если мув конструктор noexcept. И только в этом случае можно предоставить строгую гарантию: если вы уже повредили один из исходных объектов, его уже никак не восстановить. А безопасное перемещение элементов гарантирует готовый к использованию новый расширенный буфер.

Be strong. Stay cool.

#cppcore