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C++ 中的堆栈展开

news 来源：原创 2025/5/13 15:01:00

堆栈展开是在运行时从函数调用堆栈中删除函数调用帧的过程。本地对象的销毁顺序与构造它们的顺序相反。

堆栈展开是函数返回值时发生的正常过程。但它也可能是由于 C++ 中的异常处理而发生的。在本文中，我们将了解异常如何导致堆栈展开，它如何影响程序，以及如何一起避免它或仅避免其后果。

由于异常而展开堆栈

当函数中发生异常但未立即在该函数中处理时，将发生堆栈展开。程序控制逐步返回每个函数，清理每个函数使用的任何临时资源。在此过程中，C++ 还通过搜索可以处理异常的“catch”块来寻找处理异常的方法。如果找到 “catch” 块，它会尝试在那里处理异常。如果在到达开始时没有找到解决方案，程序就会停止，因为它不知道还能做什么。

例：

#include <iostream>
using namespace std;// Function f1() that throws an int exception
void f1() {cout << "f1() Start \n";// Throw the exceptionthrow 100;cout << "f1() End \n";
}// Function f2() that calls f1()
void f2() {cout << "f2() Start \n";f1();cout << "f2() End \n";
}// Function f3() that calls f2() and handles
// exception thrown by f1()
void f3() {cout << "f3() Start \n";try {f2();}catch (int i) {cout << "Caught Exception: " << i << "\n";}cout << "f3() End";
}int main() {f3();return 0;
}

输出

f3() Start
f2() Start
f1() Start
Caught Exception: 100
f3() End

解释：

当 f1（）引发异常时，其条目将从函数调用堆栈中删除，因为 f1（）不包含引发的异常的异常处理程序，因此调用堆栈中的下一个条目将查找异常处理程序。
下一个条目是 f2（）。由于 f2（）也没有处理程序，因此其条目也会从函数调用堆栈中删除。
函数调用堆栈中的下一个条目是 f3（）。由于 f3（）包含异常处理程序，因此将执行 f3（）内的 catch 块，最后，执行 catch 块之后的代码。

请注意，f1（）和 f2（）中的以下行根本不会执行。

cout<<“f1() End \n”; // inside f1()
cout<<“f2() End \n”; // inside f2()

如果 f1（）和 f2（）中有一些本地类对象，则这些本地对象的析构函数将在堆栈展开过程中调用。

动态资源和堆栈展开

堆栈展开通过调用其析构函数来清理所有本地对象，但动态资源（例如使用 new 关键字在堆中分配的内存）不会在堆栈展开期间自动清理，因为它们未绑定到超出范围的局部变量。这意味着程序必须手动确保动态资源得到正确释放。

动态资源不会自动清除，因此当堆栈展开时。确保正确处理动态资源，否则可能会导致内存泄漏。要处理动态资源，我们可以使用智能指针或在析构函数中手动处理它们。

例：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;void func() {// Create a unique_ptr that // manages dynamic memoryunique_ptr<int> data(new int(10));cout << "Resource allocated: " << *data << endl;// Throw the exception throw runtime_error("An error occurred");
}int main() {try {// Call the function that // may throw an exceptionfunc();}catch (const exception& e) {cout << e.what();}return 0;
}

输出

Resource allocated: 10
An error occurred

如何解决此问题？

此问题最推荐的解决方案是使用 use RAII（Resource Acquisition Is Initialization）。这可以通过使用智能指针或您自己的 RAII 包装器类来完成。我们还可以避免在容易出现异常的代码中手动管理资源，并使用 vector、set 等标准容器。最后一种解决方案是编写代码，例如在堆栈展开开始之前立即处理所有引发的异常。