C++之异常

目录

一、C语言传统的处理错误的方式

二、C++的异常

1、概念

2、关键字

3、基本格式

三、异常的抛出和捕获

1、异常的抛出和匹配原则

2、 在函数调用链中异常栈展开匹配原则

四、异常抛派生类，基类捕获

五、异常的重新抛出

六、异常安全

七、异常的优缺点

一、C语言传统的处理错误的方式

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。

3、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。

二、C++的异常

1、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。

2、关键字

3、基本格式

try
{
  // 保护的标识代码
}
catch( ExceptionName e1 )
{
  // catch 块
}
catch( ExceptionName e2 )
{
  // catch 块
}
catch( ExceptionName eN )
{
  // catch 块
}

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;
    }
    catch(...) //可以捕获任意类型的异常
    {
         cout<<"unkown exception"<
    }
 
    return 0;
}

三、异常的抛出和捕获

1、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。

2、 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。

有三个函数：func1，func2，func3。在fun2中调用func1，在func3中调用func2，在main中调用func3，并在func1中抛出一个异常，在main函数中用catch语句捕获。

栈展开过程：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，则处理。没有则退出当前函数栈，继续在调用函数的栈中进行查找，并不断重复上述过程，若达到main函数的栈，依旧没有匹配的，则终止程序。

四、异常抛派生类，基类捕获

实际使用中，人们一般都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理，因为在一个项目中，不同的负责组或者负责人可能会抛出不同的异常，如果没有规范，负责最外层捕获异常的人就需要捕获大家抛出的各种类型的异常。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，捕获一个基类就可以了。

下面我们就来举个例子：

首先一个规范的异常基类：

class Exception
{
public:
    Exception(const string& errmsg, int id)
        :_errmsg(errmsg)
        ,_id(id)
    {}
    virtual string what() const
    {
        return _errmsg;
    }
protected:
    string _errmsg;
    int _id;
};

两个不同负责组的异常派生类

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;
    }
};

 异常抛出程序：

void SQLMgr()
{
    srand(time(0));
    if (rand() % 7 == 0)
    {
        throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
    }
}
 
int main()
{
    while (1)
    {
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
        try
        {
            HttpServer();
        }
        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;
}

若SQL出现异常，那么就会抛出异常，且该异常会在main函数中的第一个catch位置被捕获。 因为从前面的多态中我们知道父类是可以接受子类的，这样就可以把不同的类型的异常统一起来，进行规范的管理。

五、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。

我们直接看下面的代码：

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()
{
    int* array = new int[10];
 
    int len, time;
    cin >> len >> time;
    cout << Division(len, time) << endl;
 
    cout << "delete []" << array << endl;
    delete[] array;
}
 
int main()
{
    try
    {
        Func();
    }
    catch (const char* errmsg)
    {
        cout << errmsg << endl;
    }
    return 0;
}

上面的代码在 Division中若出现了除0错误，那么就会抛出异常。而异常抛出后会直接跳到 main 函数的catch位置，那这时就会出现问题了，arry还没有释放，这样就发生了内存泄漏，这是无法容忍的，所以我们就需要在抛出异常后还能够释放arry。那就有了下面的代码：

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()
{
    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();
    }
    catch (const char* errmsg)
    {
        cout << errmsg << endl;
    }
    return 0;
}

Division中若出现了除0错误，那么就会抛出异常，该异常会被上一层函数Func捕获，然后释放掉arry。但是除0错误仍然存在，所以我们要重新抛出异常，使异常能够被main函数的catch捕获。这就是异常的重新抛出。

六、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。

七、异常的优缺点

1、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。而在C++11中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。

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。

2、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、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。

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。