C++ std::vector 存放std::shared_ptr 指针数据异常

`std::vector` 是 C++ 标准库中用于存储动态数组的一种容器，而 `std::shared_ptr` 则是一个智能指针，它允许你管理内存，并自动处理资源的生命周期，避免了内存泄露的问题。

当你将 `std::shared_ptr` 放入 `std::vector` 中时，可能会遇到一些异常情况：

### 1. 内存泄漏风险

如果在向 `std::vector` 添加元素的过程中，由于某种原因导致 `std::shared_ptr` 的构造函数抛出异常，则该元素不会被添加到 `std::vector` 中，但是分配给这个 `std::shared_ptr` 的内存仍然会被保留。这可能导致内存泄漏，因为你实际上无法访问或利用这部分内存。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

int main() {
    try {
        std::vector<std::shared_ptr<int>> vec;
        std::shared_ptr<int> ptr(new int(42));
        // 这里假设有一个函数 create_shared_ptr() 可能会抛出异常
        std::shared_ptr<int> ptr_err = create_shared_ptr();
        
        vec.push_back(ptr);
        vec.push_back(ptr_err); // 抛出异常后，ptr_err 未加入到 vector 中
        
        for (const auto& p : vec) {
            std::cout << *p << std::endl;
        }
    } catch(...) {
        std::cerr << "Caught an exception!" << std::endl;
    }

    return 0;
}

### 2. 异常传播

当在循环中或在其他需要遍历 `std::vector` 的操作中发生异常时，程序会立即停止运行，即使有部分数据已经成功插入。这种情况下，未处理的部分 `std::shared_ptr` 也有可能导致后续操作出现问题，尤其是涉及所有权转移的操作（如 `std::make_shared()` 或者通过 `std::weak_ptr` 访问时）。

### 解决方案

为了避免上述问题，可以采用几种策略：

1. **使用 `std::optional`**：`std::optional` 提供了一种更安全的方式来存放可能存在的值，它可以捕获并忽略掉异常。

   #include <optional>

   // 使用 std::optional 替代 std::shared_ptr，在向 std::vector 插入前检查是否有效

2. **使用 `try-catch` 来捕捉异常**：在向 `std::vector` 添加元素之前尝试捕获可能出现的异常，并适当地处理它们，例如记录错误信息或跳过异常。

   try {
       vec.push_back(std::move(ptr)); // 将 ptr 移动至 vector 而不是拷贝
       vec.push_back(std::move(ptr_err));
   } catch(...) {
       // 处理异常，比如记录日志、跳过异常等
   }

3. **使用 RAII 管理资源**：确保所有资源都通过 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则进行管理，即资源在离开作用域时自动释放。

   if(auto ptr = create_shared_ptr()) {
       vec.push_back(std::move(ptr));
   }

### 相关问题:

1. 如何在使用 `std::vector` 和 `std::shared_ptr` 结合时有效地管理异常？
2. 何时应该考虑使用 `std::optional` 而非 `std::shared_ptr` 存储变量？
3. 如何设计程序结构以避免因 `std::shared_ptr` 引发的内存泄漏和异常传播？