为什么 std::unique_ptr operator* 会抛出而 operator-> 不会抛出？

Question

在 C++ 标准草案 (N3485) 中，它声明如下：

20.7.1.2.4 unique_ptr 观察者 [unique.ptr.single.observers]

typename add_lvalue_reference<T>::type operator*() const;

1 Requires: get() != nullptr.
2 Returns: *get().

pointer operator->() const noexcept;

3 Requires: get() != nullptr.
4 Returns: get().
5 Note: use typically requires that T be a complete type.

可以看到operator*（取消引用）没有指定为noexcept，可能是因为它会导致segfault，但是随后同一个对象上的operator->被指定为noexcept。两者的要求相同，但异常规范有所不同。

我注意到它们有不同的返回类型，一个返回一个指针，另一个返回一个引用。那是说operator-> 实际上并没有取消引用任何东西吗？

事实上，在任何类型的 NULL 指针上使用 operator-> 都会出现段错误（是 UB）。那么，为什么其中一个被指定为noexcept 而另一个不是？

我确定我忽略了一些东西。

编辑：

看看std::shared_ptr，我们有这个：

20.7.2.2.5 shared_ptr 观察者 [util.smartptr.shared.obs]

T& operator*() const noexcept;

T* operator->() const noexcept;

不一样吗？这与不同的所有权语义有什么关系吗？

Answer 1

段错误在 C++ 的异常系统之外。如果您取消引用空指针，则不会引发任何类型的异常（好吧，至少如果您遵守 Require: 子句；请参阅下文了解详细信息）。

对于operator->，它通常实现为简单的return m_ptr;（或return get(); 用于unique_ptr）。如您所见，运算符本身不能抛出 - 它只是返回指针。没有解除引用，什么都没有。该语言对p->identifier 有一些特殊规则：

§13.5.6 [over.ref] p1

如果 T::operator->() 存在并且运算符被重载解析机制选择为最佳匹配函数 (13.3) .

以上内容递归应用，最后必须产生一个指针，使用内置的operator->。这使得智能指针和迭代器的用户可以简单地执行smart->fun() 而无需担心任何事情。

规范中Require: 部分的注释：这些表示前提条件。如果你没有遇到他们，你就是在调用 UB。

那么，为什么其中一个指定为 noexcept 而另一个不指定？

说实话，我不确定。似乎取消引用指针应该始终是noexcept，但是，unique_ptr 允许您完全更改内部指针类型是什么（通过删除器）。现在，作为用户，您可以在 pointer 类型上为 operator* 定义完全不同的语义。也许它会即时计算？所有有趣的东西，可能会扔掉。

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看看 std::shared_ptr 我们有这个：

这很容易解释 - shared_ptr 不支持上述对指针类型的自定义，这意味着内置语义始终适用 - 和 *p where @987654342 @ 是 T* 根本不会抛出。

Answer 2

对于它的价值，这里有一点历史，以及事情是如何变成现在这样的。

在 N3025 之前，operator * 没有与 noexcept 一起指定，但它的描述确实包含 Throws: nothing。此要求已在 N3025 中删除：

按照指示更改 [unique.ptr.single.observers] (834) [有关详细信息，请参阅备注部分]：

typename add_lvalue_reference<T>::type operator*() const;
1 - 要求：get() != 0nullptr。
2 - 返回：*get().
3 - 抛出：无。

以下是上述“备注”部分的内容：

在审查本文期间，如何正确指定 operator*、operator[] 和异构比较函数的操作语义引起了争议。 [structure.specifications]/3 没有明确说明 Returns 元素（在没有新的等效于公式的情况下）是否指定效果。此外，如果还提供了 Throws:-Nothing 元素，这是否允许这样的返回表达式通过异常退出尚不清楚（是否需要实现者捕获这些元素？）。为了解决这个冲突，为这些操作删除了任何现有的 Throws 元素，这至少与 [unique.ptr.special] 和标准的其他部分一致。这样做的结果是，我们现在隐式支持可能抛出的比较函数，但不支持齐次 == 和 !=，这可能有点令人惊讶。

同一篇论文还包含一个编辑operator ->定义的建议，但内容如下：

pointer operator->() const;
4 - 要求：get() != 0nullptr.
5 - 返回：get()。
6 - 抛出：没有。
7 - 注意：使用通常要求 T 是一个完整的类型。

就问题本身而言：归结为运算符本身与使用运算符的表达式之间的基本区别。

当您使用operator* 时，运算符会取消对指针的引用，这可能会抛出。

当您使用operator-> 时，运算符本身只返回一个指针（不允许抛出）。然后在包含-> 的表达式中取消引用该指针。取消引用指针的任何异常都发生在周围的表达式中，而不是运算符本身中。

Answer 3

坦率地说，这对我来说只是一个缺陷。从概念上讲，a->b 应该始终等价于 (*a).b，即使 a 是智能指针也是如此。但如果 *a 不是 noexcept，则 (*a).b 不是，因此 a->b 不应该是。

Answer 4

关于：

是说 operator-> 实际上并没有取消引用任何东西吗？

不，对于重载 operator-> 的类型，-> 的标准评估是：

a->b; // (a.operator->())->b

即评估是递归定义的，当源代码包含-> 时，应用operator-> 产生另一个带有-> 的表达式，它本身可以引用operator->...

关于整体问题，如果指针为空，则行为未定义，缺少noexcept 允许实现throw。如果签名是noexcept，则实现不能throw（throw 将调用std::terminate）。