大雨。
烏云象鉛塊一樣低低的壓了下來，豆大的雨滴打的玻璃窗啪啪作響，難得一見的異常天氣正在竭力表現(xiàn)它令人討厭的一面。不過這一切似
乎并沒有影響到
Solmyr，他仍然以他習(xí)慣的舒適姿勢半躺在寬大的椅子里，手里還托著一杯熱騰騰的果汁，在他背后，zero
在鍵盤上敲打著什么。
“唉，Solmyr
，標(biāo)準(zhǔn)庫中的
stack
怎么會是這個樣子？設(shè)計糟透了。”zero
停止了工作，轉(zhuǎn)過身來面對
Solmyr
，看起來有些困惑。
“胡亂批評被納入神圣標(biāo)準(zhǔn)的成員是會遭天遣的。”Solmyr
低著頭，以一種算命先生似的語調(diào)答道。
不知道上天是否打算加強
Solmyr
的說服力，恰在此時天空劃過一道閃電，藍白色的電光掙扎著努力向地面撲來，緊接著就是“喀喇”一聲巨響
——— 這個雷很近。
一秒鐘前還在想“這未免也太扯了”的
zero
表情一下子變得很古怪，良久才恢復(fù)正常。他標(biāo)出了兩行代碼接著說到：“好、好吧，Solmyr，那請你解釋一下為什么
stack
的界面是這個樣子。”
std::stack<int>
si;
……
int i = si.top();
si.pop();
“只要讓
pop()
返回棧頂元素就可以把上面兩行合成一行，而且更加直觀，為什么要搞成現(xiàn)在這樣？”
目睹了
zero
表情變化的
Solmyr
強忍住放聲大笑的沖動
——— 老天知道他忍的有多辛苦 ———
緩緩的把杯子放到桌上，轉(zhuǎn)過身來開始講解這個問題：
“原因在于異常。”
“異常？”
“對，
很多代碼在沒有異常的時候工作的挺好，但是一旦出現(xiàn)異常就變得不可收拾，就像一間茅草屋，平時看起來沒什么問題，一遇到今天這種天氣
…… ”，Solmyr
指了指窗外，“
…… 立刻就會垮掉。考慮一下如果 pop()
返回棧頂元素需要怎樣實現(xiàn)，假設(shè)棧內(nèi)部用數(shù)組實現(xiàn)，且不考慮棧是否為空的問題。”
“很簡單啊。”，zero
打開了編輯器，寫下：
template
<typename T>
T stack<T>::pop()
{
...
...
return data[top--]; // 假設(shè)數(shù)據(jù)存儲于數(shù)組
data
中，top
代表棧頂位置
}
Solmyr 搖搖頭：“這就是茅草屋。要知道
stack
是個模板類，它存放的元素
T
可能是用戶定義的類。我來問你，如果類型
T
的拷貝構(gòu)造函數(shù)拋出異常，會出現(xiàn)什么情況？”
“嗯
…… 按值返回，返回值是個臨時對象，該臨時對象以
data[top]
拷貝構(gòu)造
…… 嗯，這樣一來函數(shù)返回時可能拋出異常，客戶此時無法取得該元素。”
“還有呢？”
“還有？”
“提示，你的
top
怎么了？”
“
…… 哎呀！糟了！top
此時已經(jīng)減一，棧頂元素就此丟失了！這樣的話
…… 必須實現(xiàn)一個函數(shù)允許客戶修改 ……”，zero
說不下去了。他想了一會，搖搖頭承認(rèn)失敗：“不行，這里拷貝構(gòu)造發(fā)生在函數(shù)返回之后，無論如何無法避免這種情況。只能在文檔里寫明：要求
T
的拷貝構(gòu)造函數(shù)不拋出異常。”
zero
停了一停，小心翼翼的問
Solmyr
：“這個不算過分的要求吧？”
Solmyr
的回答異常簡短：“new”
“哦對，new
在分配內(nèi)存失敗時會拋出
std::bad_alloc
…… 算我沒說。Solmyr
，我明白了，為了處理異常的情況，調(diào)整棧頂位置必須在所有數(shù)據(jù)拷貝完成之后，所以按值返回是不可接受的。”
“正確。所以對于一個設(shè)計目標(biāo)是最大限度可復(fù)用性的標(biāo)準(zhǔn)庫成員而言，這是不可接受的。”
Solmyr
頓了頓，繼續(xù)說到：“而且異常帶來的影響遠不止此。我剛才說‘假設(shè)棧內(nèi)部用數(shù)組實現(xiàn)’，但如果你充分考慮拋出異常的各種可能性，你就會發(fā)現(xiàn)用數(shù)組實現(xiàn)是糟糕的主意。”
“
…… …… …… …… ……
這是為什么？在沒有傳值返回的情況下，我們總可以捕捉到發(fā)生的異常并加以處理啊？”，zero
謹(jǐn)慎的發(fā)問。
Solmyr
贊許的看著
zero
。“發(fā)問之前先自行思考，習(xí)慣不錯。”，Solmyr
心想，但是臉上一點也沒表現(xiàn)出來：“沒錯，但捕捉到異常不代表你總能正確的處理它。考慮一下
stack
的賦值運算符，如果我們用數(shù)組來實現(xiàn)，那么在拷貝數(shù)據(jù)的時候肯定會有類似這樣的一個循環(huán)：”
//
各變量的意義與上面相同
template
<typename T>
stack<T>& stack<T>::perator=(const
stack<T>& rhs)
{
... ...
for(int i=0; i<rhs.top; i++)
data
= rhs.data;
...
...
}
“現(xiàn)在考慮類型
T
的賦值運算符可能拋出異常，該怎樣修改上面的代碼。”
Solmyr
停了下來，再度捧起了杯子。
“用
try
把
…… 哦 …… …… …… …… …… ……”，zero
似乎發(fā)現(xiàn)了問題所在，沉默良久，才接著說到：“這個循環(huán)可能在運行到一半的時候拋出異常，這樣會導(dǎo)致一部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)成功賦值，另一部分卻還是老的。除非我
們用 catch(...)
捕捉所有異常，忽略之并繼續(xù)賦值。”
“但是這樣
……”，Solmyr
有意識的引導(dǎo)
zero
繼續(xù)深入思考。
“……
但是這樣，賦值運算符拋出的異常就被我們‘吃掉了’，異常總是代表著某些不該發(fā)生的事情發(fā)生了，所以應(yīng)該讓客戶接收到這個異常才對。”
zero
皺著眉頭，一字一頓，顯得相當(dāng)辛苦。
“正
確。stack
作為一個通用的標(biāo)準(zhǔn)庫成員，在面對異常時必須做到兩點。一、異常安全，也就是說異常不會導(dǎo)致它本身處于一種錯誤的狀態(tài)或是導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或是造成資源泄漏；
二、異常透明，也就是說客戶代碼 ——— 這里指它存放的類型
T
的實現(xiàn)
——— 拋出的任何異常，不應(yīng)該被‘吃掉’或者被改變，應(yīng)該透明的傳遞給客戶。一望即知，上面的代碼無可能同時做到這兩點。”
“是這樣，我懂了，這大概就是標(biāo)準(zhǔn)庫中的
stack
不用數(shù)組實現(xiàn)的主要原因了吧”，zero
露出了很有把握的神情。
“當(dāng)然不是！有點常識好不好，用數(shù)組實現(xiàn)的話
stack
的大小固定，這怎么能夠接受呢？！”
又一次的，Solmyr
目睹了
zero
表情發(fā)生難以言喻的劇烈變化。這次他沒能忍住放聲大笑的沖動，連杯子里的果汁也灑了出來，一時間，笑聲充滿了整個辦公室
——— 不僅僅是他的，還包括了（眾位看官應(yīng)該猜的到吧？）圍觀同事們的笑聲。
驅(qū)散了圍觀者之后，zero
面帶慍色的坐下：“有那么好笑嗎？”
“抱
歉抱歉，我 …… 哈哈哈 …… 我 …… 哈哈 ……
我只是一時忍不住 …… 哈哈哈哈 …… ”，Solmyr
好容易平息了大笑，坐直了身子，放下了果汁，正色道：“關(guān)鍵在于上面引入的應(yīng)該遵循的兩條原則，也就是異常安全，和異常透明。現(xiàn)在你考慮一下如果
stack
內(nèi)部的數(shù)據(jù)以指針存放，怎樣在賦值運算符中保證上述兩點？”
“
…… 嗯
…… 還是會有上面那樣一個循環(huán) …… 呃 …… ”，zero
面有難色。
“提示，不一定非得直接拷貝到
stack
保存數(shù)據(jù)的內(nèi)存里。”
“
…… 嗯
…… 不直接拷貝，那么就是 …… 就是拷貝到 ……
啊！我明白了！”，zero
抓住了其中的關(guān)鍵，飛快的寫下：
//
pdata 代表指向存放數(shù)據(jù)內(nèi)存的指針，top
代表棧頂元素的偏移量
template
<typename T>
stack<T>& stack<T>::perator=(const
stack<T>& rhs)
{
... ...
T*
ptemp = new T[rhs.top];
try
{
for(int i=0; i<rhs.top;
i++)
*(ptemp+i)
= *(rhs.pdata+i);
}
catch(...)
// 捕捉可能出現(xiàn)的異常
{
delete[] ptemp;
throw; // 重新拋出
}
delete[] pdata; // 釋放當(dāng)前的內(nèi)存
pdata
= ptemp; // 讓
pdata
指向賦值成功的內(nèi)存塊
...
...
}
“只
要這樣”，zero
邊輸入邊說，“只要先把數(shù)據(jù)拷貝到一個臨時分配的緩沖區(qū)，在此過程中處理異常，然后讓
pdata
指向成功分配的內(nèi)存就行了。這里的關(guān)鍵是讓拷貝動作成為可以
…… 呃 …… 可以安全的取消的，剩下的賦值動作就是簡單的指針賦值，肯定不會拋出異常了。”
“非常好。值得指出的是，這是一種相當(dāng)常見的手段，有個名字叫做
copy
& swap ，它不僅僅可以用來應(yīng)付異常，也可以有效的實現(xiàn)一些其他特征。OK，這個問題大概就是這樣了。”
問題似乎可以告一段落了，Solmyr
開始打算就此結(jié)束這個話題。可
zero
疑惑的表情阻止了他。
“還有什么問題嗎？zero
？”
“啊
……
沒什么，我只是在想，異常導(dǎo)致了這么多麻煩，這一次，還有上一次的線程死鎖問題（參見“小品文系列”的前一篇，“成對出現(xiàn)”）都是因為異常的存在才會變得如此復(fù)雜的，那為什么
C++
還要支持它呢？有錯誤完全可以在返回值里報告嘛。”
“嗯，
這確實是個常見的疑惑，不過答案也很簡單，異常的存在有它自己的價值。一、使用異常報告錯誤可以避免污染函數(shù)界面；二、如果你希望報告比較豐富的錯誤信
息，使用一個異常對象比簡單的返回值要有效的多，而且避免了返回復(fù)雜對象造成的開銷；三、也是我認(rèn)為比較重要的，有些錯誤不合適用返回值來報告。舉個例
子，動態(tài)內(nèi)存分配。我問你，C
語言中怎樣報告動態(tài)內(nèi)存分配錯誤？”，Solmyr
轉(zhuǎn)過頭來看著
zero
。
“malloc
函數(shù)返回一個
NULL
值代表動態(tài)內(nèi)存分配錯誤。”
“但是你見過多少
C
程序員在每次使用
malloc
之后都檢查返回值？”
“
…… ”
“沒有是嗎？這很正常，每次使用
malloc
之后檢查返回值是件令人痛苦的事情，所以即使有
Steve
Maguire（注：《Writing
Clean Code》一書的作者）這樣的老程序員諄諄教導(dǎo)、耳提面命，還是有數(shù)以萬計的
C
程序中存在這樣的代碼：”，Solmyr
順手鍵入：
/*
傳統(tǒng)
C
程序
*/
int* p = malloc( sizeof(int) );
*p = 10;
“一旦
malloc
失敗返回
NULL，這個程序就會崩潰。然而如果是
C++
程序，使用
new
的話
…… ”，Solmyr
鍵入了對應(yīng)的代碼：
//
C++ 程序
int*
p = new int;
*p = 10;
“就不存在這樣的問題。我問你，這是為什么？”
zero
很快找到了答案：“因為如果
new
失敗，它會拋出
std::bad_alloc
異常，于是函數(shù)在此中斷、退出，下面這一行也就不會被調(diào)用了。”
“正
確。而且你不必在每一處處理這個異常，你只要保證你的程序?qū)Ξ惓Ｍ该鳎涂梢栽?
main
函數(shù)中寫下
try
... catch 對，捕獲所有未捕獲的異常。比如你可以在
main
函數(shù)中捕捉
std::bad_alloc，在輸出‘內(nèi)存不足’錯誤信息，然后保存所有未保存的數(shù)據(jù)，完成所有的清理工作，最后結(jié)束程序。一言以蔽之，體面的退出。”
zero
點著頭，喃喃的重復(fù)著：“對，體面的退出。”
見
zero
領(lǐng)會了他的意思，Solmyr
繼續(xù)開始下一個議題：“異常的存在還有最后一個重要價值
——— 也是當(dāng)初設(shè)計它的初衷之一 ———
提供一個通用的手段讓構(gòu)造函數(shù)可以方便的報告錯誤：因為構(gòu)造函數(shù)沒有返回值。”
“還有析構(gòu)函數(shù)也是。”沒等
Solmyr
說完，zero
就加上了這一句。
Solmyr
對著自作聰明的
zero
搖了搖頭：“不要想當(dāng)然，關(guān)于異常有一個非常重要的原則：永遠不要讓你的析構(gòu)函數(shù)拋出異常。知道為什么嗎？”
“
…… 不知道。”
zero
這次決定老實承認(rèn)。
“因為拋出異常的析構(gòu)函數(shù)會導(dǎo)致最簡單的程序無法正確運行，比如下面兩句：”這次出現(xiàn)在屏幕上的，是看來似乎毫無瑕疵的兩行代碼：
evil
p = new evil[10];
delete[] p;
“看上去一點問題也沒有是么？仔細(xì)分析一下
delete[]
p 這一句，它會調(diào)用
10
次
evil
類的析構(gòu)函數(shù)，假設(shè)其中第
5
次
evil
類的析構(gòu)函數(shù)拋出異常，會出現(xiàn)什么情況？”
zero
陷入了沉思，視線盯著屏幕一動不動，神情看起來就象是一段執(zhí)行復(fù)雜運算的程序，而且是沒有輸出的那種。不過沒多久，zero
就換了一種表情，這種表情通常被形容為胸有成竹：“我知道了
Solmyr
，在這種情況下，delete[]
面臨兩難選擇。選擇一是不捕捉這個異常，讓它傳播到調(diào)用者那里，但這樣一來
delete[]
就被中斷了，后面的
5
個
evil
對象占用的內(nèi)存就會無法釋放，導(dǎo)致資源泄漏；選擇二是捕捉這個異常以防止資源泄漏，但這樣一來這個異常就被
delete[]
吃掉了，違反了‘對異常透明’的原則。所以無論怎么做，都沒法妥善的處理析構(gòu)函數(shù)拋出異常的情況。”
Solmyr
贊許的點頭：“非常好。接下來，你的任務(wù)是
……”
“我知道我知道，把這些討論整理成文檔是吧？我這就動手。”
zero
轉(zhuǎn)過身去，開始埋頭于他的文檔。而
Solmyr
則再度恢復(fù)了半躺半坐的舒適姿勢，捧起了他的果汁，并且略略有些意外的發(fā)現(xiàn)
———
天氣放晴了。