C++ 中 std::quick_exit 和 std::abort 的区别

本文将介绍 C++ 中 std::quick_exit 和 std::abort 之间的区别。但在讨论它们的区别之前，您必须了解 C++ 中的 std::quick_exit 和 std::abort。

什么是 std::quick_exit？

std::quick_exit 是 C++ 中的一个函数，它提供了一种以允许执行已注册清理函数的方式终止程序的方法。它是头文件的一部分，与 C++ 标准相关。

目的和动机

本质上，std::quick_exit 作为一种终止程序的工具，特别注重效率和速度。与它的对应函数 std::exit 不同，此函数避免堆栈展开或调用静态或线程局部对象的析构函数。相反，它提供了一条快速且最小化清理过程的途径，非常适合需要立即终止的场景。

不进行堆栈展开

std::quick_exit 的一个显著特点是它与传统的堆栈展开机制不同。在 C++ 中，当程序终止时，运行时系统通常会花时间展开堆栈，在此过程中调用自动对象的析构函数。然而，在 std::quick_exit 的情况下，此传统的展开过程被绕过。因此，不会调用自动对象的析构函数，从而有助于更快地终止。

清理函数的注册

std::quick_exit 的一个关键方面是它与清理函数的兼容性。在调用 std::quick_exit 之前，开发人员可以使用 at_quick_exit 函数注册要在终止过程中执行的函数。这些注册函数通常封装清理例程，允许开发人员在程序结束之前执行必要的操作。

该过程涉及将这些清理函数与程序的快速退出机制相关联，从而创建一种结构化方法来处理资源解除分配、文件关闭或任何其他被认为必不可少的清理活动。

程序

我们来看一个示例来演示 C++ 中的 std::quick_exit 函数。

输出

Allocated dynamic memory.
Allocated dynamic memory.
Opened database connection: DB1
Opened database connection: DB2
Cleaning up database connections...
Closed database connection: DB1
Closed database connection: DB2
Cleaning up dynamic resources...
Released dynamic memory.
Released dynamic memory.

说明

提供的 C++ 代码模拟了一个管理动态资源和数据库连接的程序，利用 std::quick_exit 实现程序快速终止并进行适当的清理。

结构

DynamicResource：它表示一个动态资源，其构造函数分配动态内存，其析构函数释放动态内存。

DatabaseConnection：它表示一个数据库连接，其构造函数打开连接，其析构函数关闭连接。

向量

dynamicResources：它存储动态资源的实例。

dbConnections：它存储数据库连接的实例。

清理函数

cleanupDynamicResources()：它删除动态资源，确保释放动态内存。

cleanupDatabaseConnections()：它删除数据库连接，确保正确关闭。

资源管理

manageResources()：它模拟动态资源和数据库连接管理。

创建 DynamicResource 和 DatabaseConnection 的实例。

故意触发 std::quick_exit(EXIT_SUCCESS) 以实现程序快速终止。

主函数

• 使用 std::at_quick_exit 注册清理函数。
• 调用 manageResources 进行模拟。
• 由于程序快速退出，后续代码无法访问。

输出

• 它在资源分配、解除分配、连接打开和关闭期间打印消息。
• 它演示了在程序快速终止期间如何调用使用 std::at_quick_exit 注册的清理函数。
• 该代码示例演示了 std::quick_exit 的使用，以高效地处理清理任务，使其适用于程序立即终止至关重要的场景。

复杂度分析

时间复杂度：O(1) 用于大多数操作。

资源管理 (manageResources 函数)

• 创建 DynamicResource 和 DatabaseConnection 实例涉及动态内存分配和构造函数调用。每个分配和构造函数的时间复杂度通常是常数，表示为 O(1)。
• cleanupDynamicResources 和 cleanupDatabaseConnections 函数中用于清理的循环涉及删除每个资源。每次删除（调用析构函数和释放内存）的时间复杂度通常也是常数，为 O(1)。

程序快速退出 (std::quick_exit)

调用 std::quick_exit 会触发程序终止，而不会调用自动对象的析构函数。此操作通常被认为是具有常数时间复杂度，为 O(1)。

空间复杂度：O(n + m)

其中 n 是动态资源的数量，m 是数据库连接的数量。

动态资源 (dynamicResources 向量)

dynamicResources 向量的空间复杂度与创建的动态资源数量成比例。如果创建了 n 个动态资源，则空间复杂度为 O(n)，将每个动态资源视为一个独立实体。

数据库连接 (dbConnections 向量)

dbConnections 向量的空间复杂度与创建的数据库连接数量成比例。如果创建了 m 个数据库连接，则空间复杂度为 O(m)，将每个连接视为一个独立实体。

辅助空间

辅助空间复杂度主要由向量 (dynamicResources 和 dbConnections) 的大小以及 C++ 标准库内部使用的任何附加数据结构决定。管理这些向量的空间复杂度为 O(n + m)，其中 n 是动态资源的数量，m 是数据库连接的数量。

什么是 std::abort？

std::abort 是 C++ 中的一个函数，它提供了一种机制来突然终止程序。它是头文件的一部分，旨在作为一种快速而强制地退出程序的方式，通常是为了响应严重错误或异常情况。与其他程序终止函数（如 std::exit）不同，std::abort 不允许执行已注册的清理函数或展开堆栈。

目的和用法

std::abort 的主要目的是立即无条件地终止程序，生成崩溃报告或核心转储。它在程序遇到不可恢复的错误且继续执行可能导致不可预测行为的场景中特别有用。

该函数通常用于错误处理情况，其中问题的严重性如此之高，以至于继续程序执行将不安全。重要的是要注意，调用 std::abort 会导致程序异常终止，并且不提供程序终止所关联的正常清理过程的机会。

语法

它具有以下语法：

行为

调用 std::abort 时，通常会执行以下操作

异常终止

程序异常终止，控制权不会以优雅的方式返回给调用函数或操作系统。

退出状态

与 std::exit 不同，std::abort 不允许指定退出状态。终止是无条件的。

不进行堆栈展开

堆栈不展开。这意味着不会调用自动对象的析构函数，程序会立即终止。

无清理函数

与 std::exit 或 std::quick_exit 不同，std::abort 不提供注册清理函数的机制。它是一种突然且不受控制的终止。

常见用例

C++ 中 std::abort 有多种用例。其中一些如下：

1. 严重错误

std::abort 通常用于程序遇到无法恢复的严重错误的情况。例如，如果违反了基本不变量或不可用重要资源。

2. 不可达代码

它可以用于某些代码路径被认为不可达的情况，并且它们的执行表明程序逻辑存在严重缺陷。

3. 调试

在开发和调试阶段，可以策略性地放置 std::abort，以便在满足特定条件时立即停止程序，从而允许开发人员检查程序状态。

注意事项和最佳实践

1. 无清理

使用 std::abort 时的一个关键考虑因素是它不允许任何清理活动。资源可能会处于不一致状态，并且可能会发生内存泄漏。

2. 谨慎使用

由于其突然性，应谨慎使用 std::abort。它不能替代适当的错误处理，应保留用于继续程序执行不安全的情况。

3. 调试信息

当触发 std::abort 时，它通常提供有关异常终止的信息，例如生成核心转储。此信息对于调试很有价值。

4. 未处理的异常

如果在调用 std::abort 时程序中存在未处理的异常，则会调用 std::terminate，可以对其进行自定义以在终止之前提供附加信息或执行特定操作。

5. 替代方法

在程序终止前需要进行一些清理的场景中，std::exit 或 std::quick_exit 等替代方法可能更合适。这些函数允许在程序退出前执行清理函数。

程序

我们来看一个示例来演示 C++ 中的 std::abort 函数。

输出

Transaction initialized with amount: 500
Processing transaction...
This line will not be reached.
Transaction completed.

说明

Transaction 类

• 代码定义了一个名为 Transaction 的类来表示金融交易。
• 该类具有构造函数、用于处理交易的方法和析构函数。
• 构造函数使用指定金额初始化交易，析构函数模拟交易后的清理。

交易处理方法 (process)

• process 方法模拟交易的处理。
• 它检查交易金额是否为负数。如果是，它会向 std::cerr 打印错误消息，并调用 std::abort() 立即终止程序。
• 如果金额是非负数，它会打印一条消息指示交易正在处理，并允许进行额外的处理逻辑。

主函数

• 在主函数中，通过调用 Transaction 构造函数，以 500.0 的金额启动金融交易 (userTransaction)。
• 之后，在 userTransaction 上调用 process 方法以模拟交易的处理。
• 由于金额为负数 (500.0)，process 方法会触发错误消息并调用 std::abort()，导致程序突然终止。
• 由于突然终止，主函数中的任何后续代码都被标记为不可达。

执行流程

交易初始化

在主函数中创建 Transaction 类的实例，模拟以 500.0 的金额启动金融交易。

交易处理

• 在 userTransaction 上调用 process 方法。
• 由于交易金额为负数，错误消息会打印到 std::cerr，并调用 std::abort()，导致程序突然终止。
• 由于突然终止，不调用 Transaction 类的析构函数。

不可达代码

由于 std::abort() 导致的突然终止，主函数中的任何后续代码都被标记为不可达，并且不会执行。

复杂度分析

时间复杂度：O(1)

交易初始化 (Transaction(double amount))

初始化 Transaction 对象的时间复杂度为 O(1)。它涉及将提供的金额分配给私有成员变量。

交易处理 (process() 方法)

process 方法中的处理逻辑为 O(1)，因为它涉及基本的条件检查和消息打印。

主函数执行

主函数的执行为 O(1)，因为它涉及创建 Transaction 对象，调用其 process 方法，并尝试执行后续代码。但是，由于 std::abort 导致的程序突然终止，后续代码不可达。

空间复杂度：O(1)

交易对象 (Transaction userTransaction)

创建 Transaction 对象的空间复杂度为 O(1)，因为它涉及为一组固定成员变量分配内存。

辅助空间

代码使用最少的辅助空间，例如用于错误消息和 std::cerr 流。这些辅助组件的空间复杂度为 O(1)。

主要区别

C++ 中 std::quick_exit 和 std::abort 之间存在一些区别。一些主要区别如下：

C++ 中 std::quick_exit 和 std::abort 之间存在一些区别。一些主要区别如下：