C++进阶---异常

Posted 2022-05-23 4nc414g0n

异常

• 引入
• C++异常
• • 概念与语法
  • 使用
  • 异常重新抛出
  • 异常安全
  • 异常规范
  • 自定义异常体系
  • 标准库异常exception
  • 异常的优缺点

引入

C语言常见错误处理方式：（传统的错误处理机制：）

1. 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
2. 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
3. C 标准库中setjmp和longjmp组合

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

C++异常

概念与语法

注意：一个函数不抛异常不一定没错 (可能在极端情况下会出现严重错误)

• 不严重:返回错误码、回调—打开文件失败、申请内存失败
• 严重:断言报错、终止程序—越界、野指针等等

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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
三个关键字：

• 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

语法：

//somewhere 
//throw e;
try

	// 保护的标识代码

catch( ExceptionName1 e1 )//捕获ExceptionName1类型

	// catch 块

catch( ExceptionName2 e2 )//捕获ExceptionName2类型

	// catch 块

catch( ... )//捕获任意类型

	// catch 块

使用

异常抛出及匹配原则

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的处理代码
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

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示例：

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函数调用链中异常栈展开匹配原则:

1. 首先检查throw本身是否在try块内部，如果是再查找匹配的catch语句。如果有匹配的，则调到catch的地方进行处理
2. 没有匹配的catch则退出当前函数栈，继续在调用函数的栈中进行查找匹配的catch
3. 如果到达main函数的栈，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。所以实际中我们最后都要加一个catch(…)捕获任意类型的异常，否则当有异常没捕获，程序就会直接终止
   
4. 找到匹配的catch子句并处理以后，会继续沿着catch子句后面继续执行

异常重新抛出

有可能单个的catch不能完全处理一个异常，在进行一些校正处理以后，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上层的函数进行处理

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例如：
如果发生除0错误抛出异常，另外下面的array没有得到释放，所以这里捕获异常后并不处理异常，异常还是交给外面处理，这里捕获了再重新抛出去（或者是需要在抛出前解锁，这种情况我们一般用unique_lock，出作用域自动解锁）

double Division(int a, int b)

	if (b == 0)
	
		throw "Division by zero condition!";
	
	return (double)a / (double)b;

void Func()
	
	int* array = new int[10];
	try 
		int len, time;
		cin >> len >> time;
		cout << Division(len, time) << endl;
	
	catch (...)
	
		cout << "delete []" << array << endl;
		delete[] array;//先释放
		throw;
	
	cout << "delete []" << array << endl;
	delete[] array;

int main()

	try
	
		Func();
	
	catch (const char* errmsg)
	
		cout << errmsg << endl;
	
	return 0;

注意：捕获再抛出的catch用catch (...)，防止其他人抛出的类型不匹配

异常安全

注意：

1. 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
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出异常，否则可能导致资源泄漏(内存泄漏、句柄未关闭等)
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，C++经常使用RAII来解决以上问题

异常规范

C++98中用以下方式来告诉使用者该catch哪种类型的异常 (非强制)

// 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()

C++11中使用noexcept关键字，标识这个函数不会抛异常

thread (thread&& x) noexcept;

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自定义异常体系

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

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设计一个自定义异常体系：

基类Exception：

class Exception

public:
	Exception(int errid, const char* errmsg)
		: _errid(errid)
		, _errmsg(errmsg)
	
	virtual string what() const //虚函数可被重写
	
		return _errmsg;
	
protected:
	string _errmsg;
	int _errid;
;

派生类SqlException：

class SqlException : public Exception

public:
	SqlException(int errid, const char* errmsg, const char* sql = "") //_sql缺省""
		:Exception(errid, errmsg)//父类的直接初始化
		, _sql(sql)
	
	virtual string what() const  //虚函数重写，加上这个类特殊信息
	
		string msg = "SqlException:";
		msg += _errmsg;
		msg += " sql:";
		msg += _sql;
		return msg;
	
private:
	string _sql;
;

派生类CacheException:

class CacheException : public Exception

public:
	CacheException(int errid, const char* errmsg)
		:Exception(errid, errmsg)
	
	virtual string what() const  //虚函数重写，加上这个类特殊信息
	
		string msg = "CacheException:";
		msg += _errmsg;
		return msg;
	
;

测试：

void f1()

	throw CacheException(1, "数据不存在");

void f2()

	throw SqlException(1, "数据库查询失败", "select * from t_student");

int main()

	try 
		f1();
		f2();
	
	catch (const Exception& e) //捕获基类对象
	
		cout << e.what() << endl;
	
	catch (...)
	
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	
	return 0;

标准库异常exception

注意：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

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参考：exception

异常的优缺点

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，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[](size_t pos)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

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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. 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，需要使用RAII来处理资源的管理问题
3. 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
4. 异常尽量规范使用 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