1、C语言处理错误的方式
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。
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。
2、C++异常
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。
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。
如果有一个块抛出一个异常,捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。try 块中放置可能抛出异常的代码,try 块中的代码被称为保护代码。使用 try/catch 语句的语法如下所示:
try
{
// 保护的标识代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
// catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
// catch 块
}catch( ExceptionName eX )
{
// catch 块
}
3、异常的使用
异常的抛出和匹配原则:
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,我们后面会详细讲解这个。
在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。
double Division(int a, int b)
{
// 当b==0时抛出异常
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* str)
{
cout << str << endl;
}
cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
return 0;
}
上面的程序,当我们输入两个数进行相除,如果除数是0就会发生除0错误(在不抛出异常和捕获的情况下),而我们在除0的时候抛出异常,并在main函数中进行捕获,这样程序就不会终止,并且会打印异常信息。
我们进行调试发现,除0错误抛出异常信息后,在catch中进行捕获,输出信息后会继续向后执行,输出xxxxxxxxxxx,因此异常的一个好处就是程序不会终止,如果是C语言的传统错误处理方式就会导致程序终止。
并且我们抛出的是字符串,所以应该用const char*的指针来接收,抛出和接收的类型要匹配,对应上面抛出和匹配原则1。
下面对程序代码进行修改:
double Division(int a, int b)
{
// 当b==0时抛出异常
if (b == 0)
throw "Division by zero condition!";
else
return ((double)a / double(b));
}
void Func()
{
try
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
}
catch (const char* str)
{
cout << str << endl;
}
}
int main()
{
try {
Func();
}
catch (const char* str)
{
cout << str << endl;
}
cout << "xxxxxxxxxxxx" << endl;
return 0;
}
我们在Func中也添加try、catch捕获异常,现在的运行结果会是什么?
1、在Func中进行捕获? 2、在main中进行捕获?
调试运行后我们发现,会在Func函数中进行捕获输出信息,并且在main函数中不会再次捕获。这是由于Func中捕获完程序继续向后执行,而Func没有其他执行步骤了所以返回,在main函数中继续向后执行输出xxxxxxxxx。
抛出匹配的是调用链最近的那个,对应上面抛出与匹配点2和调用链规则。
异常抛出后,直接跳到最近的捕获位置,而C语言在调用链较长的情况下需要层层返回。
在实际开发中,可能会抛出各种各样的异常,所以为了防止没有捕获异常导致程序终止,我们可以在最后加上catch(…)来捕获未知异常:
double Division(int a, int b)
{
// 当b == 0时抛出异常
if (b == 0)
{
string s("Division by zero condition!");
throw s;
}
else
{
return ((double)a / double(b));
}
}
void Func()
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
cout << "yyyyyyyy" << endl;
}
int main()
{
while (1)
{
try {
Func();
}
catch (const int& errmsg) {
cout << errmsg << endl;
}
catch (...) // 任意类型 放到最后
{
//抛不规范异常,防止程序终止
cout << "未知异常" << endl;
}
}
cout << "xxxxxxxxxxxxx" << endl;
return 0;
}
如果有匹配的异常就走匹配的catch,如果没有就走这个。并且这个要放在最后面,不能写在前面。
4、自定义异常体系
实际上在项目中可能会有非常多的异常,例如网络模块的异常(http请求错误码404等)、缓存模块的异常、数据库模块的异常。因此需要自定义异常结构体系,方便我们判断出错的原因。
自定义的异常结构可以由错误编号和错误描述组成,然后不同的模块对这个异常结构进行继承,因为不同模块可以还需要抛出其他信息,例如网络模块我需要知道发起的请求时get还是post,数据库模块执行的sql语句是什么?继承后需要什么成员变量我们可以自己添加,然后我们可以在基类写一个打印异常信息的虚函数,在派生类中重写虚函数。在catch中我们直接通过基类的引用来获取所有派生类异常,因为所有派生类的异常都可以赋值给基类的引用/指针(赋值兼容转换/切割/切片),然后直接调用重写的虚函数打印异常信息,这样实现了多态:指向哪种类型调用哪种类型。
下面代码举一个栗子:
// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception
{
public:
Exception(const string& errmsg, int id)
:_errmsg(errmsg)
, _id(id)
{}
virtual string what() const
{
return _errmsg;
}
protected:
string _errmsg;
int _id;
};
class SqlException : public Exception
{
public:
SqlException(const string& errmsg, int id, const string& sql)
:Exception(errmsg, id)
, _sql(sql)
{}
virtual string what() const
{
string str = "SqlException:";
str += _errmsg;
str += "->";
str += _sql;
return str;
}
private:
const string _sql;
};
class CacheException : public Exception
{
public:
CacheException(const string& errmsg, int id)
:Exception(errmsg, id)
{}
virtual string what() const
{
string str = "CacheException:";
str += _errmsg;
return str;
}
};
class HttpServerException : public Exception
{
public:
HttpServerException(const string& errmsg, int id, const string& type)
:Exception(errmsg, id)
, _type(type)
{}
virtual string what() const
{
string str = "HttpServerException:";
str += _type;
str += ":";
str += _errmsg;
return str;
}
private:
const string _type;
};
void SQLMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 7 == 0)
{
throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
}
//throw "xxxxxx";
cout << "执行成功" << endl;
}
void CacheMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 5 == 0)
{
throw CacheException("权限不足", 100);
}
else if (rand() % 6 == 0)
{
throw CacheException("数据不存在", 101);
}
SQLMgr();
}
void HttpServer()
{
// ...
srand(time(0));
if (rand() % 3 == 0)
{
throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");
}
else if (rand() % 4 == 0)
{
throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");
}
CacheMgr();
}
int main()
{
while (1)
{
Sleep(500);
try {
HttpServer();
}
catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
{
// 多态
cout << e.what() << endl;
}
catch (...)
{
cout << "Unkown Exception" << endl;
}
}
return 0;
}
运行结果如图:
上面的代码实现了一个Exception的基类,成员变量有错误编号和错误描述,并且实现what虚函数打印错误信息,然后SqlException、CacheException、HttpServerException继承了Exception,并重写what函数,同时添加需要的成员变量,在catch中直接通过const Exception& e来捕获所有派生类异常,然后调用what函数打印出异常信息。最后添加catch(…)防止乱抛出的异常没有捕获。大家可以好好感受一下。
5、C++标准库异常体系
C++标准库中异常有很多,exception是所有异常的父类。包含于头文件<exception>
可以看到,该基类中就有一个虚函数what,派生类需要对what进行重新,输出异常信息。
并且析构函数也必须是虚函数,否则可以导致内存泄漏。
上面的异常可以了解一下,比较常见的就是bad_alloc申请空间失败和out_of_range越界访问。
细心的小伙伴可以发现,我们前面讲的new的底层是调用operator new全局函数,而operator new的底层则是调用了malloc,如果内存申请失败了,会抛出bad_alloc的异常。
6、异常规范
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,多的用逗号隔开。
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);
// 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 delete (std::size_t size, void* ptr) throw();
但是并没有强制要求,而且如果调用链很复杂的话,是不容易知道要抛出什么类型的异常的,所以第一条有点扯淡。
C++11简化规则,标记出不抛异常的函数就可以。
C++11新增了noexcept,表示不会抛异常:
// C++11 中新增的noexcept,表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;
这也就解释了为什么上面exception函数的成员函数后面加上了throw()
7、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。
double Division(int a, int b)
{
// 当b == 0时抛出异常
if (b == 0)
{
throw "Division by zero condition!";
}
return (double)a / (double)b;
}
void Func()
{
// 这里可以看到如果发生除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。
int* array = new int[10];
try
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
// func()
}
catch (...) // 异常的重新抛出
{
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
throw; // 捕获什么,抛什么
}
//...
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
return 0;
}
上面的代码new了一个数组,然后调用Division,虽然new了之后后面也写了delete,但是有了异常也可能导致内存泄漏,所以需要在调用Division的位置加上try/catch捕获异常,捕获异常后只是进行了空间的释放,防止内存泄漏,通过throw将捕获的异常继续抛出给main函数处理,main函数中捕获了异常并输出异常信息。
所以有了异常,在new时要特别注意,避免内存泄漏。
8、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,关于RAII我们智能指针这节进行讲解。
9、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. 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。学习成本较高。
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。