C++进阶 —— 异常

挨代码

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原创 2025-12-01 18:26:51 388 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

c++（11）异常处理很不做的PPT 立即下载

C语言传统处理错误机制

终止程序，如assert；
返回错误码，系统很多库接口函数通过把错误码放到errno中表示错误；
C标准库中setjmp/longjmp组合(不常用)；

一，异常概念

异常，是指程序在运行过程中遇到错误或其他异常情况（如除零、越界等），此时程序会立即跳转到处理该异常的代码处，以执行相应代码；异常是一种处理的方式，如当一函数发现自己无法处理的错误时就可抛出异常，让函数的直接或间接的调用者处理此错误；

在C++中可使用try-catch语句来捕获和处理异常，try语句用于抛出异常，catch语句用于捕获并处理异常；

try，关键字，用于标记异常处理区域，可在程序发生异常时捕获并进行相应的处理；
throw，关键字，用于当出现问题时程序抛出异常，并将程序控制权转移到对应catch；
catch，关键字，捕获对应的异常，可有多个catch进行捕获；

try
{
    //抛出异常
	throw 表达式; //表达式值的类型可以是基本类型或自定义类型
}
catch (异常类型1) //异常类型通常是异常对象的指针或引用
{
	//异常1处理代码
}
catch (异常类型2)
{
	//异常2处理代码
}
...
catch (异常类型3)
{
	//异常3处理代码
}

二，异常的使用

异常的抛出和捕获

异常是通过抛出对象而引发的，该对象的类型决定了应被哪个catch捕获；
捕获后的处理代码，是调用链中与该对象类型相匹配，且离抛出异常位置最近的那一个；
抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝；
- 由于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；
catch(...)可以捕获任意类型的异常，但不知道抛出的错误是什么；
实际中抛出或捕获异常的匹配原则并不都是类型完全匹配；
- 可抛出为派生类对象，使用基类捕获，这个在实际中非常实用；

在函数调用链中异常栈展开匹配原则

栈展开，沿以下调用链查找匹配的catch：

首先检查throw本身是否在try块内部，如在，查找匹配的catch语句；
- 如有匹配的catch，则跳到catch的地方处理；
  - 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；
- 如没有匹配的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；
- 直到到达main函数的栈，依旧没有匹配的则终止程序；

所以实际中最后都要加一个catch(...)捕获任意类型的异常，否则当前异常没捕获，程序会直接终止；

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;
	cout << Division(len, time) << endl;
}

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

异常的重新抛出

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后，希望在交给更外层的调用链函数来处理，catch则通过重新抛出将异常传递给更上层的函数进行处理；

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

void Func() {
	int* array = new int[10];

	try {
		int len, time;
		cin >> len >> time;
		cout << Division(len, time) << endl; //如抛出异常，交由下面catch捕获
		cout << "delete []" << array << endl;
		delete[] array;
		return;
	}
	catch (...) {
		cout << "delete [] " << array << endl;
		delete[] array;
		throw; //没有完全处理Division(len, time)抛出的异常，需进一步校正，在向上抛异常
	}
}

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

异常安全

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；
析构函数主要是完成资源的清理，最好不要在析构函数内抛出异常;
- 否则可能导致资源泄露；
C++中异常经常导致资源泄露的问题，C++经常使用RAII来解决以上问题；
- 如在new和delete中抛出了异常，导致内存泄露；
- 在lock和unlock之间抛出了异常导致死锁；

异常规范

异常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；

可在函数的后面接throw(类型)，列出这个函数可能抛出的所有异常类型；
函数的后面接throw()，表示函数不抛异常；
若无异常接口声明，则此函数可以抛出任何类型的异常；

// 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();

三，自定义异常体系

实际使用中都会自定义自己的异常体系进行规范化的异常管理，如项目中大家随意抛异常，那么外层的调用者就会无从处理，所有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，由一个基类捕获即可；

// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception {
public:
	virtual void info() = 0;
protected:
	string _errmsg;
	int _id;
	//list<StackInfo> _traceStack;
	// ...
};

class SqlException : public Exception {
public:
	void info() { cout << "SqlException" << endl; }	
};

class CacheException : public Exception {
public:
	void info() { cout << "CacheException" << endl; }
};

class HttpServerException : public Exception {
public:
	void info() { cout << "HttpServerException" << endl; }
};

int main() {
	try {
		// server.Start();
		// 抛出对象都是派生类对象
		throw HttpServerException();
	}
	catch (Exception& e) { // 由父类对象捕获
		e.info();
	}
	catch (...) {
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

四，C++标准库的异常体系

C++提供了一系列标准的异常，可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；实际中可以去继承exception类来实现自己的异常类；

五，异常的优缺点

与传统错误码对比；

优点

定义好异常对象，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；
返回错误码的传统方式有个很大的问题，在函数调用链中，深层的函数返回了错误，那么得层层返回错误，最外层才能拿到错误；
很多的第三方库都包含异常，比如boost/gtest/gmock等常用的库，那使用它们也需要使用异常；
很多测试框架都使用异常，这样就能更好的使用单元测试等进行白盒的测试；
部分函数使用异常更好处理，如构造函数没有返回值，不方便使用错误码方式处理，如T& operator这样的函数，如pos越界了只能使用异常或终止程序处理，没办法通过返回值表示错误；

缺点

异常会导致程序的执行流落跳，且非常混乱，运行时出错抛异常就会乱跳，这会导致跟踪调试时以及分析程序时比较困难；
异常会有一些性能的开销，但在现代硬件速度下基本可忽略；
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露，死锁等异常安全问题，需要使用RAII来处理；
C++标准库的异常体系定义的不够好，导致大家各自定义各自的异常体系，非常的混乱；
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，所有异常规范有两点；
- 一是抛异常类型都继承自一个基类；
- 二是函数是否抛异常/抛什么异常，都使用func()、throw()的方式规范化；