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【C++】异常

平凡的人1

发布于 2023-10-15 04:22:20

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代码可运行

C传统处理错误方式

C语言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

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。

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
}

异常使用

1.异常的抛出和捕获

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，不过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。

举个最简单的例子：下面的代码中main函数中调用了func，func中调用了Division，在Divison中如果除0抛出了一个string类型的异常对象:

double Division(int a, int b)
{
	if (b == 0)
		throw "Division by zero condition!";
	else
		return ((double)a / (double)b);
}
void func()
{
	int a, b;
	cin >> a >> b;
	cout << Division(a, b) << endl;
}
int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch (const char* errmasg)//类型匹配
	{
		cout << errmasg << endl;
	}
    catch (int errid)
	{
		cout << errid << endl;
	}
	return 0;
}

调用链问题：现在main中调用func，func调用Division，在Division中抛出异常，此时抛出的异常执行的是func的，因为里func的比较近：

double Division(int a, int b)
{
	if (b == 0)
		throw "Division by zero condition!";
	else
		return ((double)a / (double)b);
}
void func()
{
	try
	{
		int a, b;
		cin >> a >> b;
		cout << Division(a, b) << endl;
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
		cout << "111111111111111111111" << endl;
	}
}
int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch (const char* errmasg)
	{
		cout << errmasg << endl;
		cout << "2222222222222222222222" << endl;
	}
	catch (int errid)
	{
		cout << errid << endl;
	}
	return 0;
}

当Devision抛出异常后：

首先会去检查throw本身是否在try块内部，但是这里throw并不在throw快内部，所以会退出Devision函数栈，继续去找上一个调用函数栈中进行检查，来到了func函数栈。此时func函数栈中找到了匹配的catch，这时候就会跳到func函数中对应的catch块中执行对应的代码

2.异常的重新抛出

有时候单个的catch可能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。

比如最外层可能需要拿到异常记录日志信息，这时就需要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* p1 = new int[10];
	int a, b;
	cin >> a >> b;
	cout << Division(a, b) << endl;
	cout << "delete"<<p1 << endl;
	delete[] p1;
}
int main()
{
	try
	{
		func();
	}
	catch (const char* errmasg)
	{
		cout << errmasg << endl;
		//记录日志，进行统一处理
	}
	catch (int errid)
	{
		cout << errid << endl;
	}
	return 0;
}

func通过new申请了一块内存空间，并且最后对其进行delete空间释放，但是func内部调用了Devision，Devision内抛出一个异常，这时候会直接跳到main函数中的catch块执行对应的异常处理代码，处理完后继续沿着catch块往后执行。此时会造成func函数中申请的内存块没有释放，造成了内存泄漏。这时候我们可以在fun函数中对Devision抛出的异常进行捕获，捕获后先将申请到的内存释放再将异常重新抛出，避免内存泄漏：

void func()
{
	int* p1 = new int[10];
	try
	{
		int a, b;
		cin >> a >> b;
		cout << Division(a, b) << endl;
	}
	
	catch (...)
	{
		cout << "delete" << p1 << endl;
		delete[] p1;
		throw;
	}
	cout << "delete"<<p1 << endl;
	delete[] p1;
}

func函数中的new与delete可能会抛出其他类型异常，所以最好在func中以catch(…)方式进行捕获在将释放的内存通过throw重新抛出，重新抛出异常对象时，throw后面可以不用指明要抛出的异常对象。

异常安全

1.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 2.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) 3.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。

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：

1.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。 2.函数的后面接throw()货值noexcept(C++11)，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 new (std::size_t size, void* ptr) throw()

自定义异常体系

实际使用中很多公司都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理：

公司项目一般会进行模块划分，让不同的小组完成不同的模块；所以需要对抛出异常这件事进行规范，如果没有规范，负责最外层捕获异常的人就麻烦了，需要捕获大家抛出的各种类型的异常。所以在实际中都会定义一套继承的规范体系：定义一个最基础的基类，所有人抛出的异常对象都是继承与该异常类的派生类对象，所以异常语法可以用基类捕获抛出的派生类对象，所以最外成值需要捕获基类就行了。

//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'");
	}

}

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("请求支援不存", 100, "get");
	}
	else if (rand() % 4 == 0)
	{
		throw HttpServerException("权限不足",101, "post");
	}
	CacheMgr();
}

int main()
{
	while (1)
	{
		Sleep(1000);
		try
		{
			HttpServer();
		}
		catch (const Exception& e)//捕获基类对象就可以了
		{
            //多态
			cout << e.what() << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}
	return 0;
}

基类Exception中的what成员函数最好定义为虚函数，方便子类对其进行重写，从而达到多态的效果

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：

下表是对上面继承体系中出现的每个异常的说明：

异常的优缺点

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等信息，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码，最终最外层才能拿到错误。 3.很多的第三方库都会使用异常，比如boost、gtest、gmock等等常用的库，如果我们不用异常就不能很好的发挥这些库的作用。 4.很多测试框架也都使用异常，因此使用异常能更好的使用单元测试等进行白盒的测试。 5.部分函数使用异常更好处理，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。

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，这会导致我们跟踪调试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露、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，学习成本比较高。 4.C++标准库的异常体系定义得不够好，导致大家各自定义自己的异常体系，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，也会让外层捕获的用户苦不堪言。 6.异常接口声明不是强制的，对于没有声明异常类型的函数，无法预知该函数是否会抛出异常。

异常总体而言，利大于弊，所以工程中我们还是鼓励使用异常的。

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原始发表：2023-10-11，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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