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【C++】异常

code • 2022-5-6 • C • 阅读 148

【C++】异常,第1张

今天我们来介绍一下C++中的异常机制

目录
  • 1. C语言传统的处理错误的方式
  • 2. C++ 异常概念
  • 3. 异常的使用
    • 3.1 异常的抛出与捕获
      • 3.1.2 异常的抛出与匹配原则：
      • 3.1.3 在函数调用链中异常栈展开匹配原则
    • 3.2 异常的重新抛出
    • 3.3 异常安全
    • 3.4 异常规范
  • 4. 自定义异常体系
  • 5. C++标准库的异常体系
  • 6. 异常的优缺点
    • 6.1 异常的优点
    • 6.2 异常的缺点

1. C语言传统的处理错误的方式
  1. 终止程序，如assert
  2. 返回错误码
    缺陷在于需要程序员去查找错误码对应的错误，系统的很多库都是通过把错误码放入errno中，表示错误。
  3. C标准库中的 setjmp 和 longjmp
2. C++ 异常概念

异常是一种处理错误的方式，当一个函数发现自己无法处理的错误时就可以抛出异常，让函数的直接或间接的调用者处理这个错误。

抛出的异常可以是任意类型的对象，这也就代表着异常对象可以带着更加丰富的错误信息，方便处理错误人进行处理。

  • throw: 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。
  • catch: 在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常.catch 关键字用于捕获异常，可以有多
    个catch进行捕获。
  • try: try 块中的代码标识将被激活的特定异常,它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。

try
{
// 保护的标识代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
// catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
// catch 块
}catch( ExceptionName eN )

{
// catch 块
}
3. 异常的使用 3.1 异常的抛出与捕获 3.1.2 异常的抛出与匹配原则：
  1. 异常是通过抛出对象而引发的，该对象的类型决定了应该激活哪个catch处理代码
  2. 被选中的处理代码是调用链中与该对象类型匹配且距离抛出异常位置最近的那一个
  3. 抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象可能是一个临时对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝的临时对象会在被catch以后销毁。（这里的处理类似于函数的传值返回）
  4. catch(…)可以捕获任意类型的异常，问题是不知道异常错误是什么
  5. 实际中抛出和捕获的匹配原则有个例外，并不都是类型完全匹配，可以抛出的派生类对象，使用基类捕获，这个在实际中非常实用，我们后面会详细讲解这个
3.1.3 在函数调用链中异常栈展开匹配原则
  1. 首先价差throw 本身是否在try块内部，如果是就再查找匹配的catch语句。如果找到匹配的，就调到catch的地方处理
  2. 当前函数栈内没有匹配的catch，继续在调用该函数的栈中进行查找匹配的catch
  3. 如果到达main函数的栈中，依旧没有匹配的，则终止程序。

上述这个沿着调用链查找匹配的catch子句的过程称为栈展开

  1. 找到匹配的catch子句并处理之后，会继续沿着catch子句后面继续执行

我们举一个例子：


void File()
{
	string filename;
	cin >> filename;
	FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");
	if (fout == nullptr) {
		throw errno;
	}
	char ch;
	while ((ch = fgetc(fout))!=EOF) {
		cout << ch;
	}
	fclose(fout);
}

double Division(int a, int b)
{
	if (b == 0) {
		throw "Division by zero condition!";
	}
	else
	{
		return ((double)a / (double)b);
	}
}

void Func()
{
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	try {
		cout << Division(len,time) << endl;
	}
	catch(const char* errmsg){
		cout <<"Func: "<< errmsg << endl;
	}
	
	File();
}

int main()
{
	try {
		Func();
	}
	catch (const char* errmsg) {
		cout << "main:"<< errmsg << endl;
	}
	catch (int errid) {
		cout << errid << endl;
	}
	return 0;
}

对于上述程序，如果产生Division中出现除0错误，它会抛出异常，并搜索本函数，发现不在try中，则前往Func函数中去寻找，找到try并发现 catch 的类型与抛出类型匹配，则执行。由于已经捕捉成功，main函数中的try catch 就不会再执行。

3.2 异常的重新抛出

可能存在某一些场景，单个的catch 不能完全的处理一个异常，在进行一些校正处理之后，希望再交给更外层的调用链函数来处理，catch则可以通过重新抛出将异常传递给更加上层的函数进行处理。

只有文字可能有些抽象，我们举一个例子：

class Exception
{
public:
	Exception(int errid,const string&errmsg)
		:_errid(errid)
		,_errmsg(errmsg)
	{}

	string what()const 
	{
		return _errmsg;
	}
private:
	int _errid;
	string _errmsg;
};

void File()
{
	string filename;
	cin >> filename;
	FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");
	if (fout == nullptr) {
		string errmsg = "打开文件失败：";
		errmsg += filename;
		errmsg += "->";
		errmsg += strerror(errno);
		Exception e(errno, errmsg);
		throw e;
	}
	char ch;
	while ((ch = fgetc(fout))!=EOF) {
		cout << ch;
	}
	fclose(fout);
}

double Division(int a, int b)
{
	if (b == 0) 
	{
		string errmsg = "Division by zero condition!";
		Exception e(100, errmsg);
		throw e;
	}
	else
	{
		return ((double)a / (double)b);
	}
}

void Func()
{
	int* p = new int[100];
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	cout << Division(len,time) << endl;
	File();
	delete[]p;
}

int main()
{
	try {
		Func();
	}
	catch (const Exception& e) {
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知异常" << endl;
	}
	return 0;
}

该程序存在一个严重的问题，由于该程序选择将异常统一在main函数中处理，所以一旦出现了异常，Func中 对 p的析构就不会再执行，这就导致了野指针的可能性。

如果我们依旧想使所有异常在main函数中统一处理，该如何处理？这时候就需要使用异常的重新抛出：

class Exception
{
public:
	Exception(int errid,const string&errmsg)
		:_errid(errid)
		,_errmsg(errmsg)
	{}

	string what()const 
	{
		return _errmsg;
	}
private:
	int _errid;
	string _errmsg;
};

void File()
{
	string filename;
	cin >> filename;
	FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");
	if (fout == nullptr) {
		string errmsg = "打开文件失败：";
		errmsg += filename;
		errmsg += "->";
		errmsg += strerror(errno);
		Exception e(errno, errmsg);
		throw e;
	}
	char ch;
	while ((ch = fgetc(fout))!=EOF) {
		cout << ch;
	}
	fclose(fout);
}

double Division(int a, int b)
{
	if (b == 0) 
	{
		string errmsg = "Division by zero condition!";
		Exception e(100, errmsg);
		throw e;
	}
	else
	{
		return ((double)a / (double)b);
	}
}

void Func()
{
	int* p = new int[100];
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	try {
		cout << Division(len,time) << endl;
		File();
	}
	catch (...)
	{
		//捕获之后，不是要处理异常，异常由最外层同一处理
		//这里捕获异常只是为了处理内存泄漏的问题
		delete[]p;
		throw; 
	}
	delete[]p;
}

int main()
{
	try {
		Func();
	}
	catch (const Exception& e) {
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知异常" << endl;
	}
	return 0;
}
3.3 异常安全
  1. 最好不要在构造函数中抛出异常，否则可能导致对象不完整或者没有完整初始化。
  2. 析构函数主要完成资源的清理，最好不要在析构函数内抛异常，否则可能导致资源泄漏
  3. C++中异常经常会导致资源泄漏的问题，比如在new和delete中抛出了异常，导致内存泄漏，在lock和unlock之间抛出了异常导致死锁，对此，C++有其他设计来解决这些问题，以后会介绍。
3.4 异常规范

异常规格说明的目的是为了让函数使用者知道该函数可能抛出的异常有哪些。 可以在函数的后面接
throw(类型)，列出这个函数可能抛掷的所有异常类型。

函数的后面接throw()，表示函数不抛异常。若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。

// 这里表示这个函数会抛出A/B/C/D中的某种类型的异常
void fun() throw(A，B，C，D);
// 这里表示这个函数只会抛出bad_alloc的异常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
// 这里表示这个函数不会抛出异常
void* operator new (std::size_t size, void* ptr) throw();

但是，这仅仅是一种提倡而已，所以效果一般。

在C++11中，给出了更加简化的 *** 作，如果不抛异常，那么你说明一下，如果会抛异常,那么就不用说明。
比如，对于thread（）,不抛异常，那么我们在后面加nonecept.

4. 自定义异常体系

在实际的项目当中，虽然是允许你抛任意类型的异常，但是我们是需要规范以下的，否则捕获方需要付出巨大精力。

实际使用中很多公司都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理，因为一个项目中如果大家随意抛异常，那么外层的调用者基本就没办法玩了，所以实际中都会定义一套继承的规范体系。这样大家抛出的都是继承的派生类对象，捕获一个基类就可以了。

我们可以写一个简单的例子，大家可以感受一下：

// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception
{
public:
	Exception(int errid,const char *errmsg)
		:_errid(errid)
		,_errmsg(errmsg)
	{}

	 virtual string what()const
	{
		return _errmsg;
	}
protected:
	string _errmsg;
	int _errid;
	
};

class SqlException : public Exception
{
public:
	SqlException(int errid,const char* errmsg,const char*sql="")
		:Exception(errid,errmsg),_sql(sql)
	{}
	virtual string what()const
	{
		string msg = "SqlException :";
		msg += _errmsg;
		msg += " sql:";
		msg += _sql;

		return msg;
	}
private:
	string _sql;
};


class CacheException : public Exception
{
public:
	CacheException(int errid, const char* errmsg)
		:Exception(errid, errmsg)
	{}
	virtual string what()const
	{
		string msg = "CacheException: ";
		msg += _errmsg;
		return msg;
	}
};

void f1()
{
	int i;
	cin >> i;
	if (i == 0) {
		throw CacheException(1, "数据不存在");
	}
}
void f2()
{
	int i;
	cin >> i;
	if (i == 0)
	{
		throw SqlException(1, "数据库查询失败", "select * from t_student");
	}
}

int main()
{
	try {
		f1();
		f2();
	}
	catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

5. C++标准库的异常体系

C++提供了一系列标准的异常，我们可以在程序中使用这些标准异常，它们是以父子类层次结构组织起来的。

比如，我们这里抛出一个越界访问然后去catch：

这里异常类型非常多，但是我们catch的时候都用 父类 exception 就可以了。

实际中我们可以可以去继承exception类实现自己的异常类。但是实际中很多公司像上面一样自己定义
一套异常继承体系。因为C++标准库设计的不够好用。

6. 异常的优缺点 6.1 异常的优点
  1. 异常对象定义好了，相比错误码的方式可以清晰准确的展示出错误的各种信息，甚至可以包含堆栈调用的信息，这样可以帮助更好的定位程序的bug
  2. 返回错误码的传统方式有个很大的问题就是，在函数调用链中，深层的函数返回了错误，那么我们得层层返回错误，最外层才能拿到错误
  3. 部分函数使用异常更好处理，比如构造函数没有返回值，不方便使用错误码方式处理。比如T&
    operator这样的函数，如果pos越界了只能使用异常或者终止程序处理，没办法通过返回值表示错误
    4.很多的第三方库，框架都包含异常，比如boost、gtest、gmock等等常用的库，那么我们使用它们也需要使用
    异常
6.2 异常的缺点
  1. 异常会导致程序的执行流乱跳，并且非常的混乱，并且是运行时出错抛异常就会乱跳。这会导致我们跟踪调试时以及分析程序时，比较困难。
  2. 异常会有一些性能的开销。当然在现代硬件速度很快的情况下，这个影响基本忽略不计。
  3. C++没有垃圾回收机制，资源需要自己管理。有了异常非常容易导致内存泄漏、死锁等异常安全问题。这个需要使用RAII来处理资源的管理问题。学习成本较高。
  4. C++标准库的异常体系定义得不好，导致大家各自定义各自的异常体系，非常的混乱。
  5. 异常尽量规范使用，否则后果不堪设想，随意抛异常，外层捕获的用户苦不堪言。所以异常规范有两点：一、抛出异常类型都继承自一个基类。二、函数是否抛异常、抛什么异常，都使用 func（）
    throw();的方式规范化。

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/793609.html

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