C++异常处理机制

Posted 2022-11-25 遥远的歌s

C语言传统处错误的方式

• 终止程序，如assert，缺陷：用户难以接受。如发生内存错误，除0错误时就会终止程序。
• 返回错误码，缺陷：需要程序员自己去查找对应的错误。如系统的很多库的接口函数都是通过把错误码放到errno中，表示错误
• C 标准库中setjmp和longjmp组合。这个不是很常用，可以了解一下
  实际中C语言基本都是使用返回错误码的方式处理错误，部分情况下使用终止程序处理非常严重的错误。
  鉴于上述的错误处理机制对程序员来说不是很友好，于是C++中就引入了异常处理机制。

C++异常的概念

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。并且让程序继续执行下去而不是立即终止程序。
这里可以举一个例子
直接处理：例如函数A中突然出现了除以0的异常错误，而我在函数A中去捕获这个异常，并且去处理了这个异常，从而使得程序能够继续运行下去。
间接处理：例如函数A中出现了某个异常，而我并没有在函数A中去处理这个异常，而是来到调用函数A的函数B中，如果函数B没有处理这个异常，那么继续向上一层的函数调用者返回，以此类推，最终，如果向上层返回给了main函数，那么main函数就必须处理这个异常，如果main函数不处理这个异常，那么程序一样会因为异常而立即终止。

C++异常处理的语法

• 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这时，通过throw关键字来完成的
  表达式的值可以是基本类型，也可以是类

throw 表达式//表达式的值可以是基本类型，也可以是类

• 当问题已经出现，那么我想要在我想处理问题得地方，通过异常处理程序捕获这个异常，就需要catch关键字来捕获异常，并且可以有多个catch来进行捕获

• 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

try
	被保护的代码

catch(捕获的异常1)
	异常处理代码

catch(捕获的异常2)
	异常处理代码

...
catch(捕获的异常n)
	异常处理代码

示例
假定test函数中出现a-b小于0的异常，那么我抛出一个int类型的异常，这时，下面测catch块中就会捕获对应类型的异常。

#include<iostream>
using namespace std;
void test()

  try
    double a = 2.0,b = 3.0;
    if(a - b < 0)
      throw -1;
    
  
  catch(int)
    cout<<"catch int"<<endl;
  
  catch(char)
    cout<<"catch char"<<endl;
  
  cout<<"test finished"<<endl;

int main()

  test();
  cout<<"in main()"<<endl;
  return 0;

运行结果如下，可以看出出现异常了，处理异常后使得程序继续执行直到结束。

再看间接异常的处理

#include<iostream>
using namespace std;
void test()

  double a = 2.0,b = 3.0;
  if(a - b < 0)
    throw -1;
  
  cout<<"test() finished"<<endl;

void fun()

  try
    test();
  
  catch (int)
    cout<<"catch int in fun()"<<endl;
  
  catch (char)
    cout<<"catch char in fun()"<<endl;
  
  cout<<"fun() finished"<<endl;

int main()

  fun();
  cout<<"in main()"<<endl;
  return 0;

运行结果如下:

主函数中调用fun()函数，在fun()函数的try块中，有被保护的函数test()，而test()函数中throw了一个整形的异常，但是并没有被test()函数去捕获和处理，而是向上层返回到了fun()函数去捕获和处理，可以看出fun()函数将test()函数中的异常捕获并且处理，并没有执行test()函数的最后一句打印的话，使得程序继续向下执行。

异常处理的就近原则
看下面代码，test()函数和fun()函数中均可以捕获处理try代码块中throw的异常。

#include<iostream>
using namespace std;
void test()

  try
    double a = 2.0,b = 3.0;
    if(a - b < 0)
      throw -1;
    
  
  catch (int)
    cout<<"catch int in test()"<<endl;
  
  cout<<"test() finished"<<endl;

void fun()

  try
    test();
  
  catch (int)
    cout<<"catch int in fun()"<<endl;
  
  catch (char)
    cout<<"catch int"<<endl;
  
  cout<<"fun() finished"<<endl;

int main()

  fun();
  cout<<"in main()"<<endl;
  return 0;

运行结果如下：

可以看出，虽然test和fun函数都能捕获我抛出的异常，但是由于test函数中catch块离我近，那么我便去执行这里的异常处理，从而不去执行fun函数中的异常处理。

那如果我并不知道我捕获的异常是什么，这时可以用catch(…)语句进行捕获，例如：

#include<iostream>
using namespace std;
void test()

  try
    double a = 2.0,b = 3.0;
    if(a - b < 0)
      throw -1;
    
  
  catch (char)
    cout<<"catch char in test()"<<endl;
  
  cout<<"test() finished"<<endl;

void fun()

  try
    test();
  
  catch (char)
    cout<<"catch char in fun()"<<endl;
  
  catch (...)
    cout<<"catch ... in fun()"<<endl;
  
  cout<<"fun() finished"<<endl;

int main()

  fun();
  cout<<"in main()"<<endl;
  return 0;

运行结果如下：

test函数和fun函数中都没有能够捕获int类型的异常，最终被catch(…)捕获进行处理。

有时候发生异常错误了，我想要通知调用者哪里出现错误了，则可以适当的添加上提示信息，如下示例：

#include<iostream>
using namespace std;
class Exception
public:
  string message;
public:
  Exception(string msg)
    :message(msg)
  
;
void test()

  int a = 2,b = 3;
  if(a - b < 0)
    throw Exception ("a - b < 0");
  
  cout<<"test() finished"<<endl;

void fun()

  try
    test();
  
  catch (Exception ex)
    cout<<"test() error:"<<ex.message<<endl;
  
  cout<<"fun() finished"<<endl;

int main()

  fun();
  cout<<"in main()"<<endl;
  return 0;

运行结果如下图：

test函数中出现异常，给出异常提示信息，fun函数中将test函数中的异常捕获，并且打印出异常的提示信息给程序员看，这样，能够很容易的定位程序出错的位置并加以改正。

异常的安全

• 构造函数完成对象的构造和初始化，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没有完全初始化
• 析构函数主要完成资源的清理，最好不要在析构函数内抛出异常，否则可能导致资源泄漏(内存泄漏、句柄未关闭等)
• 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，C++经常使用RAII来解决以上问题。

异常的规范

1. 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。
2. 函数的后面接throw()，表示函数不抛异常。
3. 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);

自定义异常体系

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

class Exception

  protected:
  string _errmsg;
  int _id;
 //list<StackInfo> _traceStack;
 // ...
;
class SqlException : public Exception
;
class CacheException : public Exception
;
class HttpServerException : public Exception
;
int main()

   try
   // server.Start();
   // 抛出对象都是派生类对象
   
   catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
   
   catch (...)
   
   cout << "Unkown Exception" << endl;
   
   return 0;

C++标准库的异常体系

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

下表是堆上面层次结构中出现的每个异常的说明

说明：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

#include<iostream>
int main()

	 try
		 vector<int> v(10, 5);
		 // 这里如果系统内存不够也会抛异常
		 v.reserve(1000000000);
		 // 这里越界会抛异常
		 v.at(10) = 100;
	 
	 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;

运行结果如下

异常的优缺点

C++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. 很多的第三方库都包含异常，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。
4. 很多测试框架都使用异常，这样能更好的使用单元测试等进行白盒的测试。
5. 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。

C++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。。
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。
   总结：异常总体而言，利大于弊，所以工程中还是鼓励使用异常的。