C++ 之 exception

本文讲关于C++的异常的所有东西：

绝对不让异常逃离析构函数

• 阻止exception逃离析构函数，主要是两个原因：
  1 防止在异常处理过程中的栈展开行为时，将调用terminate函数。程序将会结束，有时候其实错误并没有那么严重。

[插入： 什么时候会调用terminate函数呢？]
[回答 ： By default, the terminate handler calls abort. But this behavior can be redefined by calling set_terminate.

This function is automatically called when no catch handler can be found for a thrown exception, or for some other exceptional circumstance that makes impossible to continue the exception handling process.
//对于一个异常没有相应的catch语句块的话，就会自动调用terminate函数，或者是对于一些无法处理的异常的情况时。

This function is provided so that the terminate handler can be explicitly called by a program that needs to abnormally terminate, and works even if set_terminate has not been used to set a custom terminate handler (calling abort in this case).

terminate被调用的情况：

1 当发送一个异常，并且构造函数产生异常
2 当发送一个异常，或者析构函数产生异常
3 一个静态对象的构造或者析构发送一个异常
4 以atexit注册的函数发生异常的时候
5 自定义一个异常，但是实际上没有异常产生的时候
6 调用缺省的unexcepted()函数时候 (unexcepted函数是因为该函数抛出了没有预期的异常）

2 可以协助确保destructor完成它应该完成的所有的动作。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

class myexception{};

class Session
{
public:
    Session()
    {
        logCreation();
    }

    ~Session()
    {
        try{ //这里的try catch块是很重要的
            logDestruction();
        }catch(...){
            cout << "catch exception..." << endl;
        }
    }

private:
    static void logCreation(){cout << "enter..." << endl;}
    static void logDestruction() {cout << "out..." << endl;throw myexception();}
};

int main()
{
    Session s;
    return 0;
}

catch的子语句块 VS.函数的调用

3大类的不同: 

1 exception 对象总是被复制。如果以by value的方式，甚至复制两次。 

2 被抛出作为exception的对象，允许的转换操作比“被传递到函数中”的少。

3  catch子句以其出现的顺序进行匹配，也就是 “first fit”的策略， 不像函数调用的 “best fit”的策略

• 相同点： 函数参数以及exception的传递方式都有三种： by value, by reference ， by pointer，
• 不同点： 当你调用一个函数的时候，调用完毕之后控制权最终会回到该函数的调用端； 但是当你抛出一个异常的时候，控制权永远都不会回到抛出端。
• 不同点： 函数的绑定方式，如果是传值，那么传递的是该对象的副本，如果是引用，那么直接就是绑定到该对象。但是，这对于异常是不对的，无论你的异常的catch的参数是传值还是传引用，所有传递给该catch块的都是该对象的副本。（为什么是这样呢？因为一旦控制权离开了该函数，那么该函数的所有的局部对象都离开了生存空间，就会自动析构掉，那么此时传给该catch块的对象便是一个已经析构了的对象，这显然是不对的。即使该临时对象的生存期不仅仅限于该函数，该结论依然成立）。 这里的 “exception对象总是会导致复制“的这一行为，直接导致了异常处理常常比 函数调用慢！！！
• 当对象复制被当做一个exception的，复制行为是由对象的拷贝构造函数来执行的，这个拷贝构造函数相应于该对象的静态类型！！而不是动态类型！！例如·例如下面的代码：

class Base{
public:
    Base(){cout << "ctor in Base..." << endl;}
    Base(const Base &){cout << "copy ctor in Base..." << endl;}
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived(){cout  << "ctor in Derived..." << endl;}
    Derived(const Derived &b):Base(b){cout << "copy ctor in Derived..." << endl;}
};

void f()
{
    Derived d;  // print : ctor in Base  ctor in Derived
    Base &b = d;
    cout << "throw..." << endl;
    throw b;  //copy ctor in Base
}

void test()
{
    try{
        f();
        cout << "never be here..." << endl;
    }catch(Base) // 如果这儿是Base，那么print： copy ctor in Base，如果是Base reference，那么不输出任何东西
    {
        cout << "catch..." << endl;
    }
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}

• 由上面知道“exception对象是其他对象的副本”，这里就会出现在不同的catch块中如何传递exception的问题！！！

下述的throw 和throw w分别来模拟catch块中的继续传递当前exception的操作.

//利用throw语句继续传递当前的exception，如果直接使用throw，那么传递的是最初传递来的exception的实际类型，（test1中的throw）
//如果是使用throw + catch形参的方式，那么传递的是静态类型。

class Base{
public:
    Base(){cout << "ctor in Base..." << endl;}
    Base(const Base &){cout << "copy ctor in Base..." << endl;}
};

class Derived : public Base {
public:
    Derived(){cout  << "ctor in Derived..." << endl;}
    Derived(const Derived &b):Base(b) {cout << "copy ctor in Derived..." << endl;}
};

void f1()
{
    try{
        Derived d;  // ctor in Base ， ctor in Derived
        Base &b = d;
        cout << "throw..." << endl;
        //此处throw的是Derived对象
        throw d;  //copy ctor in Base  , copy ctor in Derived，这里看的是静态类型的！！！
    }catch(Base &w) //Base&是可以捕捉到上述的Derived异常的，无论此处是Base还是Base&，都能捕获到Derived类型的异常。
      //    如果此处是Derived，那么上述的throw如果throw的是b，那么这里不能捕获到。与一般的函数调用的参数绑定方式是一样的。
    {
        cout << "throw current exception 1, using throw only..." << endl;
        throw ; //如果直接使用throw，即使上面的catch是将一个Derived对象绑定到一个Base对象，这里传递的依然是最初的Derived对象。
    }
}

void test1()
{
    try{
        f1();
        cout << "never be here..." << endl;
    }catch(Derived)   //copy ctor in Base, copy ctor in Derived
    //}catch(Base) // copy  ctor in Base .
    {
        cout << "catch..." << endl;
    }
}

void f2()
{
    try{
        Derived d;  // print : ctor in Base  ctor in Derived
        Base &b = d;
        cout << "throw in f2..." << endl;
        throw b;  //copy ctor in Base //这里的throw传递的则是静态类型。
    }catch(Base &w)
    {
        cout << "throw current exception 2 " << endl;
        throw w; //copy ctor in Base
    }
}

void test2()
{
    try{
        f2();
        cout << "never be here in test2..." << endl;
    }catch(Base &) // 如果这儿是Base，那么print： copy ctor in Base，如果是Base reference，那么不输出任何东西
    {
        cout << "catch in test2..." << endl;
    }
}
int main()
{
    cout << "1 ； "<< endl;
    test1();
    cout << "2 : " << endl;
    test2();
    return 0;
}

• 不同点： 一个被抛出的对象（根据上述显然是个临时对象）可以以 by reference的方式捕捉，不需要以一个by reference to const的方式捕捉，但是函数调用的过程中将一个临时对象传递给一个non-const-reference参数是不允许的。但是对exception合法。
  [ 将一个临时对象传递给一个non-const-reference参数为什么是不允许的。 ]
  考虑下面的例子：

void f(const string &s)
{
    cout << s << endl;
    cout << "const-reference..." << endl;
    return;
}

void f2(string &s)
{
    cout << "non-const reference..." << endl;
    return;
}

int main(void)
{
    char buff[20] = "1234";
    //f和f2函数需要的是一个string的对象，但是传递的都是buff字符数组，那么这里就会有一个隐式类型转换，生成一个临时的string对象。
    f(buff);   //调用成功。因为是const，不需要改变什么。
    f2(buff); //调用失败，原因：f2需要的是string的non-const reference，也就意味着f2函数可能会修改字符串s，而此时传递给
    //f2的是一个string的临时对象，在函数退出时，该实参没有改变，所有的操作均施加于临时形参s上，显然这并不是程序员的意图，我们传递一个
    //non-const reference给f2，应该就是希望修改buff这个实参的。
    return 0;
}

• 不同点： 如果以by value的方式传递一个函数自变量，那么便是对被传递对象做一个副本，此副本存储于对应的函数参数中； 如果以 by value的方式传递exception，会怎么样呢？ 例如 ：
  catch （Base b） 。。。 //预期得付出 “被抛出物” 的 ”两个副本“的构造代价，一个用于 ”任何exception都会产生的临时对象的“身上，还有一个是 ”将临时对象复制到b”。
• 如果以by reference的方式的话，那么函数不需要任何额外动作，但是 exception 还是会有一个 “被抛出物”的副本的构造的代价。

• 如果以by pointer的方式来传递exception的话，那么必须注意的是千万不要跑出一个指向局部对象的指针。这也是 “义务性复制操作”必须考虑的情况。

• 不同点：throw子句与catch参数的匹配！！
  exception与catch子句的匹配过程仅仅只是两种转换： 1 ， 继承架构中的类转换。 （一个针对Base class exception编写的catch子句，可以捕捉到一个derived class的exception） ，注意： 这个转换规则适用于以by value， by reference，或者是by pointer的三种方式。 2、 从一个“有型指针” 转换为一个 “无型指针”，例如一个针对于： const void *设计的catch子句，可以捕捉任意的指针类型的exception。

• 不同点： catch子句总是依出现的顺序进行匹配。也就是说，针对Derived class exception的catch子句一定要放在针对Base class exception的catch子句的前面。

Catch exception By reference

理由：
+ 如果是by pointer的话，那么需要的是一个超出该作用域都不会被销毁的对象，那么此时global和static是可以帮忙的，但是程序员们可能会忘记这些；如果就是在throw的时候才临时的构造一个exception对象，比如： throw new exception，那么catch子句是否要删除这个对象呢？诚然，如果是global或者static，那么显然不需要删除，但是如果是new的，显然就需要删除。
+ 如果是by value的话，就会出现对象切割的问题，当把一个Derived exception的对象给一个Base exception的时候，那么会出现对象切割的问题，这个时候如果你在catch块中调用了虚函数，那么该函数的版本就只是基类的版本。显然这不是我们要的。
使用Catch exception by reference，便可以避免这些问题。