1.C语言传统的处理错误的方式
传统的错误处理机制：
- 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。
- 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 eN ) {
// catch 块
}3. 异常的使用
3.1 异常的抛出和捕获
异常的抛出和匹配原则
- 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。
- 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。
- 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）
- 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。
- 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，后面会详细讲解。
在函数调用链中异常栈展开匹配原则
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
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* errmsg){
cout << errmsg << endl;
}
// 捕获所有其他类型的异常
//确保程序在遇到未知异常时不会崩溃，而是能够做出适当的处理。
catch (...) {
cout << "unkown exception" << endl;
}
return 0;
}
3.2 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。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
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;
}
catch (...) {
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
throw;
}
// ...
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
}
int main() {
try {
Func();
}
/*使用了一个指向 const char 类型的指针 errmsg 来捕获异常。
当异常被抛出时，如果异常类型是 const char* 类型或其子类型，
它就会被捕获，输出异常信息到标准输出流。*/
catch (const char* errmsg) {
cout << errmsg << endl;
}
return 0;
} 
3.3 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。
3.4 异常规范
- 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。
- 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();
// C++11 中新增的noexcept，表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;
4. 自定义异常体系
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
using namespace std;
// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception
{
public:
// 构造函数初始化异常信息和 ID
Exception(const string& errmsg, int id)
:_errmsg(errmsg)
, _id(id)
{}
// 虚函数，返回异常信息
virtual string what() const
{
return _errmsg;
}
protected:
string _errmsg; // 异常信息
int _id; // 异常 ID
};
// SQL 异常类，继承自 Exception
class SqlException : public Exception
{
public:
// 构造函数初始化异常信息、ID 和 SQL 语句
SqlException(const string& errmsg, int id, const string& sql)
:Exception(errmsg, id)
, _sql(sql)
{}
// 重写基类虚函数，返回 SQL 异常信息
virtual string what() const
{
string str = "SqlException:";
str += _errmsg;
str += "->";
str += _sql;
return str;
}
private:
const string _sql; // SQL 语句
};
// 缓存异常类，继承自 Exception
class CacheException : public Exception
{
public:
// 构造函数初始化异常信息和 ID
CacheException(const string& errmsg, int id)
:Exception(errmsg, id)
{}
// 重写基类虚函数，返回缓存异常信息
virtual string what() const
{
string str = "CacheException:";
str += _errmsg;
return str;
}
};
// HTTP 服务器异常类，继承自 Exception
class HttpServerException : public Exception
{
public:
// 构造函数初始化异常信息、ID 和请求类型
HttpServerException(const string& errmsg, int id, const string& type)
:Exception(errmsg, id)
, _type(type)
{}
// 重写基类虚函数，返回 HTTP 服务器异常信息
virtual string what() const
{
string str = "HttpServerException:";
str += _type;
str += ":";
str += _errmsg;
return str;
}
private:
const string _type; // 请求类型
};
// SQL 管理函数，可能抛出 SqlException 异常
void SQLMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 7 == 0)
{
// 抛出 SQL 异常
throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
}
}
// 缓存管理函数，可能抛出 CacheException 异常或 SqlException 异常
void CacheMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 5 == 0)
{
// 抛出缓存异常
throw CacheException("权限不足", 100);
}
else if (rand() % 6 == 0)
{
// 抛出缓存异常
throw CacheException("数据不存在", 101);
}
SQLMgr(); // 调用 SQL 管理函数
}
// HTTP 服务器函数，可能抛出 HttpServerException 异常、CacheException 异常或 SqlException 异常
void HttpServer()
{
// ...
srand(time(0));
//生成的随机数能被3整除
if (rand() % 3 == 0)
{
// 抛出 HTTP 服务器异常
throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");
}
//生成的随机数能被4整除
else if (rand() % 4 == 0)
{
// 抛出 HTTP 服务器异常
throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");
}
CacheMgr(); // 调用缓存管理函数
}
int main()
{
// 设置循环标志为 true，用于控制循环是否继续
bool continueLoop = true;
// 设置提示用户输入的时间间隔为 30 秒
int promptInterval = 30;
// 获取当前时间作为上一次提示用户的时间初始值
time_t lastPromptTime = time(nullptr);
while (continueLoop)
{
// 让当前线程休眠 1 秒钟
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
try {
// 调用可能会抛出异常的 HttpServer 函数
HttpServer();
}
catch (const Exception& e)
{
// 如果捕获到继承自 Exception 的异常，输出异常信息
std::cout << e.what() << std::endl;
}
catch (...)
{
// 如果捕获到其他未知类型的异常，输出“Unknown Exception”
std::cout << "Unknown Exception" << std::endl;
}
// 获取当前时间
time_t currentTime = time(nullptr);
// 如果当前时间与上一次提示时间的差值大于等于设定的时间间隔（30 秒）
if (currentTime - lastPromptTime >= promptInterval)
{
// 提示用户输入
std::cout << "输入 q 退出循环，输入其他字符继续：";
char input;
// 读取用户输入
std::cin >> input;
if (input == 'q')
{
// 如果用户输入 'q'，则设置循环标志为 false，退出循环
continueLoop = false;
}
// 更新上一次提示时间为当前时间
lastPromptTime = currentTime;
}
}
return 0;
}
代码流程
- 初始化阶段：
程序在main()函数中使用std::srand(time(0));初始化随机数生成器，确保每次运行时的随机结果不同。
定义了两个控制变量：
continueLoop: 用于控制主循环的执行状态。
promptInterval: 设为30秒，用于定期提示用户输入。- 进入主循环：程序进入一个无限循环，每秒钟执行一次核心逻辑。
- 核心逻辑执行（每秒调用）：
使用std::this_thread::sleep_for()让当前线程休眠1秒，模拟服务器的延迟。
尝试调用HttpServer()函数来模拟一次HTTP请求处理。
可能触发异常：
如果触发了异常，则捕获并输出异常信息。
如果是未知异常（非Exception类及其派生类），
输出"Unknown Exception"。- 异常抛出流程（调用链）：
HttpServer()：
如果随机数满足条件，会抛出HttpServerException异常（例如请求资源不存在或权限不足）。
如果没有抛出HTTP异常，则调用CacheMgr()。CacheMgr()：
有可能抛出CacheException（权限不足或数据不存在）。
如果未抛出缓存异常，则调用SQLMgr()。SQLMgr()：
可能抛出SqlException异常（如权限不足的SQL查询）。- 用户输入提示（每30秒）：
每次进入循环时，程序检查当前时间与上次提示时间的差距是否超过30秒。
如果超过30秒，则提示用户输入：
用户输入q：设置continueLoop = false，退出循环。
用户输入其他字符：循环继续。- 退出程序：
当用户输入q时，continueLoop变为false，跳出循环，程序结束。
5. C++标准库的异常体系
C++ 提供了一系列标准的异常，定义在 中，我们可以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，如下所示
说明：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。
int main()
{
try {
vector<int> v(10, 5);
// 这里如果系统内存不够也会抛异常 bad_alloc
v.reserve(1000000000);
// 这里越界会抛异常 invalid vector subscript
v.at(10) = 100;
}
catch (const exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
{
cout << e.what() << endl;
}
catch (...)
{
cout << "Unkown Exception" << endl;
}
return 0;
}
6.异常的优缺点
C++异常的优点：
- 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。
- 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，具体看下面的详细解释。
/* 1.下面这段伪代码我们可以看到ConnnectSql中出错了， 先返回给ServerStart，ServerStart再返回给main函数， main函数再针对问题处理具体的错误。*/ /*2.如果是异常体系， 不管是ConnnectSql还是ServerStart及调用函数出错，都不用检查， 因为抛出的异常异常会直接跳到main函数中catch捕获的地方， main函数直接处理错误。*/ int ConnnectSql() { // 检查用户名和密码是否正确 // 如果用户名或密码错误，返回错误码 1 if (...) return 1; // 检查用户权限是否足够 // 如果权限不足，返回错误码 2 if (...) return 2; // 正常情况下返回 0 表示没有错误 return 0; } int ServerStart() { // 调用 ConnnectSql() 函数检查 SQL 连接是否成功 // 如果返回值小于 0，表示出现错误，将错误码返回给调用者 if (int ret = ConnnectSql() < 0) return ret; // 返回错误码给 main() // 创建套接字，返回文件描述符 (fd) int fd = socket(); // 如果文件描述符小于 0，表示创建失败，返回系统错误码 errno if (fd < 0) return errno; // 返回 socket 错误码 // 正常情况下返回 0 表示服务器启动成功 return 0; } int main() { // 调用 ServerStart() 函数，尝试启动服务器 // 如果返回值小于 0，表示启动过程中发生错误 if (ServerStart() < 0) { // 在此处理启动过程中发生的错误，例如记录日志或提示用户 ... // 处理完成后可以选择退出程序或重试 } // 返回 0 表示程序正常结束 return 0; }- 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。
- 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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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