异常

最新推荐文章于 2022-09-24 17:22:42 发布

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本文详细介绍了C++中处理错误的多种方式，包括C语言的错误处理方式对比，C++的异常处理机制，如throw、catch、try的使用，自定义异常体系，以及C++标准库的异常体系。探讨了异常的优缺点，强调了异常安全性和规范的重要性。

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1.C语言处理错误的方式

终止程序，eg:assert,如果断言为假则终止进程
返回错误码。根据错误码查找错误码对应的错误信息，使用广泛
C标准库中的setjmp和longjmp组合

2.C++的异常处理

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。通过使用throw关键字来完成。
catch：在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，也可以有多个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。

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：

try
{
	//保护的代码标识
}
catch (ExceptionName e1)
{
	// catch 块
}catch (ExceptionName e2)
{
	// catch 块
}catch (ExceptionName e3)
{
	// catch 块
}

3.使用异常方法

1)抛异常与捕捉异常

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，类似于函数的传值返回。
catch可以捕获任意类型的异常。
抛出和捕获的匹配原则有个例外，并不都是类型完全严格匹配，可以抛出派生类对象，使用基类捕获。

在函数调用链中异常栈展开匹配原则：

检查throw本身是否在try块内部，如果存在则查找匹配的catch语句。如果有匹配的，则调到catch的地方进行处理。如果没有匹配的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。这个过程称为栈展开。实际使用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。

double Div(double x1, double x2)
{
	if (x2 == 0)
	{
		throw "Div zero mistakes";//抛出异常
	}
	else
	{
		return x1 / x2;
	}
}
void Test()
{
	try{
		int x1;
		int x2;
		cin >> x1 >> x2;
		Div(x1, x2);
	}
	catch (const char* msg){//捕获字符串类型的异常
		cout << msg << endl;
	}
	catch (int msg){//捕获整型的异常
		cout << msg << endl;
	}
	catch (...){//捕获任意类型的异常
		cout << "unkown exception" << endl;
	}
	cout << "继续执行" << endl;//沿着catch子句后面继续执行
}
int main()
{
	try {
		Test();
	}
	catch (const char* msg){//匹配且离抛出异常位置最近的
		cout << msg << endl;
	}
	return 0;
}

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 Div(double x1, double x2)
{
	if (x2 == 0)
	{
		throw "Div zero mistakes";//抛出异常
	}
	else
	{
		return x1 / x2;
	}
}
void Test()
{
	int* arr = new int[10];
	try{
		int x1;
		int x2;
		cin >> x1 >> x2;
		Div(x1, x2);
	}
	catch (...){/
		cout << "delete arr[]" << endl;
		delete[] arr;//释放数组之后重新抛出
		throw;
	}
	cout << "继续执行" << endl;//沿着catch子句后面继续执行
}
void Func()
{
	
}
int main()
{
	try {
		Test();
	}
	catch (const char* msg){//匹配且离抛出异常位置最近的
		cout << msg << endl;
	}
	return 0;
}

3）异常安全及规范

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，可能会跳过某些代码。
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。
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，则此函数可以抛任何类型的异常。

//表示这个函数会抛出int/string/char中的某种类型的异常
void Func1() throw(int, string, char);
//表示这个函数不会抛出异常 
void Func2() throw();
//表示可以抛出任意类型的异常
void Func3();

4.自定义异常

实际使用中，我们都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理，因为一个项目中如果大家随意抛异常，那么外层的调用者会存在很多catch类型，所以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，捕获一个基类即可。

class Exception { 
protected:    
	string _errmsg;    
	int _id;    
};

class SqlException : public Exception {};

class CacheException : public Exception {};

class HttpServerException : public Exception {};

int main() {
	try{        
		// server.Start();        
		// 抛出对象都是派生类对象    
	}    
	catch (const Exception& e) //捕获父类对象就可以    
	{}    
	catch (...){//捕捉任意类型即可       
		cout << "Unkown Exception" << endl;    
	}
	return 0;
}

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.

在这里插入图片描述

注意：父子类若同时存在，严格匹配，跳转到子类的catch

void Test()
{
	try{
		vector<int> v(10, 5);

		//系统内存不够会抛异常        
		v.reserve(1000000000);
	}
	//父类子类同时存在，严格匹配
	catch (const bad_alloc& e)//捕捉子类对象
	{
		cout << e.what << endl;
	}
	catch (const exception& e) //捕获父类对象   
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
}

6.异常的优缺点

优点

异常对象定义好之后，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，这样最外层才能拿到错误。但如果是异常体系，不管那个调用函数出错，都不用检查返回值，因为抛出的异常会直接跳到main函数catch捕获的地方，直接在main函数处理错误即可。
很多的第三方库都包含异常，例如boost、gtest、gmock等常用的库。
很多测试框架都使用异常，这样能更好的使用单元测试等进行白盒的测试。
部分函数使用异常可以更好处理错误。。例如T& operator()函数，如果pos越界了只能使用异常或者终止程序处理，因为T代表的自定义类型没办法通过返回值表示错误。

缺点