【异常】—— 我与C++的不解之缘（二十四）

一、异常是什么？

异常，这个十分陌生的名词；

试想一下，在我们之前写代码的过程中，程序运行出现了一些问题（就比如AVL树更新平衡因子的过程中，平衡因子出现了不可能的现象，这说明这个AVL树存在问题；）但是我们之前只是单纯的让程序终止，但是在以后的实践中，程序是一直运行的，所以我们不能直接将程序直接终止。

这是，我们应该做的是：对出现的问题进行处理，并且程序不能够终止

1. C语言传统的处理方式

这里再看一下C语言传统的处理方式

• 终止程序，assert
• 返回错误码

这两种无论是哪一种处理方式都是返回错误码，部分情况下使用终止程序来处理非常严重的错误。

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，让函数直接或者间接的调用着者来处理这个错误

• throw：当问题出现时，程序会抛出一个异常。使用throw来进行抛异常。
• try：try块中的代码标识将被激活的特定异常，通常后面跟着一个或者多个catch块。
• catch：在需要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常，可以有多个catch进行捕获。

二、异常使用

1. 异常的抛出和捕获

• 程序出问题时，我们通过throw抛出一个对象来引发异常，该对象的类型以及当前调用链就决定了应该由哪一个catch的处理代码来处理该异常。
• 被选中的处理代码catch块是调用链中与该类对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那一个。根据抛出对象的类型和内容，程序的抛出部分告知异常处理部分发生了什么错误。
• 当throw执行的时候，throw后面的语句将不再被执行；程序就从throw位置跳到与之匹配的catch块(catch可以是同一个函数内的，也可能是调用链中另一个函数的catch)，简单来说有两种含义就是（1、沿着调用链的函数可能提前退出；2、`一旦程序开始执行异常处理程序，沿着调用链创还能的对象都要被销毁）。
• 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是一个局部对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝对象在catch语句后销毁。类似与传值返回。

这么多概念，看起来好麻烦，这里看一段代码理解一下

double Divide(int x, int y)
{
	try
	{
		if (y == 0)
		{
			throw string("this divisor is zero");//这里直接使用临时对象
		}
		else
		{
			return (double)x / y;
		}
	}
	catch (int y)
	{
		cout << "y:" << y << endl;
	}
}
void func(int a)
{
	try
	{
		if (a == 3)
		{
			throw string("a == 3");
		}
		int x, y;
		cin >> x >> y;
		Divide(x, y);
	}
	catch (double d)
	{
		cout << "d:" << d << endl;
	}
}
int main()
{
	int a;
	cin >> a;
	try {
		func(a);
	}
	catch(string str)
	{
		cout << str << endl;
	}
	catch (char ch)
	{
		cout << ch << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unknown exception" << endl;
	}
}

这里补充：我们不能够用多个catch完全匹配所以的异常类型，使用catch(...)来匹配所有的异常对象类型。

输入**3**，输出：

a == 3

输入1 3 0，输出：

this divisor is zero

简单理解，在我们平常练习写代码时，基本上用不到；在未来项目实践中才会有所使用。

2. 栈展开

• 抛出异常后，程序暂停当前函数的执行，开始寻找与之匹配的catch语句，首先就要检查throw本身是否在try内部，如果在就查找匹配的catch语句，如果有就跳转。
• 如果当前函数中没有try/catch语句，或者当前函数内的catch类型不匹配，就会退出当前函数，在外层调用函数链中查找，整个过程叫做栈展开。
• 如果栈展开整个过程到达了main函数，依然没有找到匹配的catch语句，程序就会调用标准库的terminate函数终止程序。

3. 查找匹配的处理代码

• 一般情况下，抛出异常对象和catch类型是完全匹配的，如果有多个匹配的类型，就选择调用链中最近的一个。
• 也存在也写例外，比如非常量向常量的类型转换，数组向数组元素指针类型的转换，函数转换成函数指针，允许派生类向基类类型的转换（这个非常实用）。
• 如果栈展开到main函数，异常依旧没有匹配就会终止程序，不是有严重错误的情况下，我们不希望程序终止，所以我们一般在main函数中使用catch(...)，它捕获所有异常，但是不知道异常错误是什么。

4.异常的重新抛出问题

对于异常重新抛出问题，大致意思就是：

有时catch匹配到异常对象后，需要对错误进行分类，再对其中异常错误进行特殊的处理，其他的错误就要重新抛出；将问题抛出到外层调用链处理。

用法：就直接抛出throw;即可。

这里模拟一下发送信息这样的场景：

#include<thread>

class Exception
{
public:
	Exception(const string& str, const int& id)
		:_errmsg(str)
		, _id(id)
	{}

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

class HttpException :public Exception
{
public:
	HttpException(const string& str, const int& id, const string type)
		:Exception(str, id)
		, string_type(type)
	{}
	virtual string what() const
	{
		string ret = "HttpException:";
		ret += string_type;
		ret += ":";
		ret += _errmsg;
		return ret;
	}
private:
	string string_type;
};
void _seedMsg(const string str)
{
	if (rand() % 2 == 0)
	{
		throw HttpException("网络错误，请稍后重试", 101, "put");
	}
	else if (rand() % 7 == 0)
	{
		throw HttpException("你已经不是对方好友，发送失败", 102, "put");
	}
	else
	{
		cout << "发送成功" << endl;
	}
}

void SeedMsg(const string& str)
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		try
		{
			_seedMsg(str);
			break;
		}
		catch (const Exception& e)
		{
			if (e.getid() == 101)
			{
				//网络问题
				if (i == 3)
					throw;
				cout << "开始第" << i + 1 << "次尝试" << endl;
			}
			else
			{
				throw;
			}
		}
	}

}
int main()
{
	srand(time(0));
	string str;
	while (cin >> str)
	{
		try
		{
			SeedMsg(str);
		}
		catch (const Exception& e)
		{
			cout << e.what() << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}

	return 0;
}

• 这里就发送信息，然后随机（发送成功或者失败)；发送失败有两种原因（一是不是对方好友，二是网络问题）；如果网络问题则进行重新发送，重试三次则不在尝试。
• 这里就用到异常

5.异常的安全问题

在之前，我们程序是从上到下顺序执行的；但是如果抛出异常之后，程序就会跳转到异常匹配catch的位置，而抛异常throw后面的代码就不再执行；那这里就有一些问题：

• 在抛出异常之前申请的空间资源，会不会进行释放？
• 析构函数中如果抛异常，那会不会析构不完全？

我们先来看第一个问题

double Divide(int x, int y)
{
	if (y == 0)
	{
		throw string("the y is zero");
	}
	return (double)x / double(y);
}
void test(int x, int y)
{
	int* arr = new int[10];
	try
	{
		Divide(x, y);
	}
	catch (const int& i)
	{
		cout << i << endl;
	}
	
	delete[] arr;
	cout << "delete[] arr" << endl;
}

int main()
{
	int x, y;
	cin >> x >> y;
	while (1)
	{
		try
		{
			test(x, y);
		}
		catch (const string& str)
		{
			cout << str << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "unknown exception" << endl;
		}
		cin >> x >> y;
	}
	return 0;
}

这里在Divide函数中，如果y==0就会抛出异常，并且在该函数内没有捕获该异常，就继续将异常抛给外层调用的函数test，在test中new了一个int数组，但是没有捕获Divide函数抛出的异常，程序直接接跳到main函数当中去，就导致申请的空间资源没有被释放。

输入：(这里为了方便就写了死循环)

2 3
2 0

输出：

delete[] arr
the y is zero

这里确实造成了空间泄露的问题，那这个问题如何解决呢？

• 这里，我们在test函数中，调用Divide函数并且进行异常捕获，捕获之后释放空间资源再将异常抛出；

void test(int x, int y)
{
	int* arr = new int[10];
	try
	{
		Divide(x, y);
	}
	catch (...)
	{
		delete[] arr;
		cout << "delete[] arr" << endl;
		throw;
	}

}

这里看似问题已经解决了，但是还存在新的问题；

如果这里申请了多个空间资源呢？

就比如

void test(int x, int y)
{
	int* arr1 = new int[10];
	int* arr2 = new int[10];
	try
	{
		Divide(x, y);
	}
	catch (...)
	{
		delete[] arr1;
		cout << "delete[] arr1" << endl;
		delete[] arr2;
		cout << "delete[] arr2" << endl;
		throw;
	}
}

这样看起来貌似没有什么问题，但是如果第二个new抛异常了呢？

对于这个疑问，在后面智能指针再来探讨。

对于第二个问题，在析构函数中尽量不出现抛异常。

如果析构函数需要释放十个，但是到第5个抛异常了，就需要捕获异常，导致后面资源释放不完全，造成资源泄露。

《Effctive C++》中也讲了，别让异常逃离析构函数。

三、标准库的异常

https://legacy.cplusplus.com/reference/exception/exception/?kw=exception

C++标准库中定义了自己的一套异常继承体系库，基类是exception，所以我们在程序中只需要在主函数中捕获exception即可，要获取异常的具体信息直接调用what函数即可；而且what是虚函数。

这里就不详细介绍了。

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