第十六章：其他工具与技术（一）

第十六章：其他工具与技术（一） 异常处理

异常处理用于处理程序在调用过程中的非正常行为：

• 传统的处理方法：传返回值表示函数调用是否正常结束
• C++中的处理方法：通过关键字try/catch/throw引入异常处理机制

  void f1(){
      throw 1;
  }
  
  void f2(){
      f1();
  }
  
  void f3(){
      f2();
  }
  
  int main(){
      try{
          f3();
      }
      catch(int){
          std::cout << "exception is occured!" << "n";
      }
  
  }
  

异常触发时的系统行为由栈展开实现

• 抛出异常后续的代码不会被执行
• 局部对象会按照构造相反的顺序自动销毁
• 系统尝试匹配相应的 catch 代码段
  1. 如果匹配则执行其中的逻辑，之后执行 catch 后续的代码
  2. 如果不匹配则继续进行栈展开，直到 跳出 “ ” main 函数，触发 terminate 结束运行

在异常处理的过程中有一个非常重要的概念-异常对象

• 系统会使用抛出的异常拷贝初始化一个临时对象，称为异常对象
• 异常对象会在栈展开过程中被保留，并最终传递给匹配的catch语句

  void f1(){
      throw 1;
  }
  
  void f2(){
      f1();
  }
  
  void f3(){
      f2();
  }
  
  int main(){
      try{
          f3();
      }
      catch(int e){
          std::cout << "exception is occured!" << "n";
          std::cout << "error code is " << e << "n";
      }
  
  }
  

接下来我们来重点关注下try/catch语句块的使用方法：

• 一个try语句块后面可以跟一到多个catch语句块
• 每个catch语句块用于匹配一种类型的异常对象
• catch语句块的匹配按照从上到下进行
• 使用catch(...)匹配任意异常
• 在catch中调用throw继续抛出相同的异常

在一个异常未处理完成（异常未被捕获）时抛出新的异常会导致程序崩溃

• 不要在析构函数或operator delete函数重载版本中抛出异常
• 通常来说，catch所接收的异常类型为引用类型

之后我们来了解一下异常与构造和析构函数之间的关系：

struct Str{
    Str(){throw 100;}
};

class Cla
{
public:
    Cla(){
        try{
        }
        // 这里的捕获语句不起作用
        catch(int e){
            std::cout << "exception is cathched in Cla::Cla" << std::endl;
            
        }
    }

private:
    Str m_mem;
};

int main(){
    try{
        Cla obj;    
    }
    catch(int e){
        std::cout << "exception is cathched in main" << std::endl;
    }
    
}

• 使用function-try-block保护初始化逻辑，具体参考这里

  struct Str{
      Str(){throw 100;}
  };
  
  class Cla
  {
  public:
      Cla()
      try: m_mem()
      {
  
      }
      // 可以正常捕获
      catch(int ){
          std::cout << "exception is cathched in Cla::Cla" << std::endl;
          // 注意，根据标准对于构造函数在这里编译器会隐式添加一句throw
      }
  
  private:
      Str m_mem;
  };
  
  int main(){
      try{
          Cla obj;
      }
      catch(int e){
          std::cout << "exception is cathched in main" << std::endl;
      }
  
  }
  

  函数 try 块不捕捉从按值传递的函数形参的复制/移动构造函数和析构函数中抛出的异常：这些异常是在调用方的语境抛出的

• 在构造函数中抛出异常：已经构造的成员会被销毁，但类本身的析构函数不会被调用

在C++中我们可以描述一个函数是否会抛出异常：

• 如果函数不会抛出异常，则应表明以为系统提供更多的优化空间
  1. C++ 98 的方式： throw() / throw(int, char)
  2. C++11 后的改进： noexcept / noexcept(false)
• noexcept
  1. 限定符：接收 false / true 表示是否会抛出异常
  2. *** 作符：接收一个表达式，根据表达式是否可能抛出异常返回 false/true

     void fun() noexcept(true)
     {
     
     }
     
     int main(){
         std::cout << noexcept(fun()) << std::endl;
     }
     

  3. 在声明了 noexcept 的函数中抛出异常会导致 terminate 被调用，程序终止（即使有捕获代码，也不会被捕获）
  4. 不作为函数重载依据，但函数指针、虚拟函数重写时要保持形式兼容

接下来我们来看一下标准库中提供的一些异常

void fun(){
    throw std::runtime_error("Invalid input");
}

int main(){
    try{
        fun();
    }
    catch(std::runtime_error& e){
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
}

最后，我们一定要正确对待异常处理：

• 不要滥用：异常的执行成本非常高
• 不要不用：对于真正的异常场景，异常处理是相对高效、简洁的处理方式
• 编写异常安全的代码

  void fun(){
      int * ptr = new int[3];
      throw 123;
      delete[] ptr;		// 抛出异常后会导致内存泄漏
  }
  
  void fun(){
      std::unique_ptr ptr = std::make_unique(3);
      throw 123;			// 异常安全的代码，不会导致内存泄漏
  }