【C++】—— 异常

一、C语言传统处理错误的方式

传统错误的处理机制

  • 终止程序，如assert，缺陷：用户难以接受，如果发生内存错误，除0就会终止程序。
  • 返回错误码，缺陷：需要程序员对应错误码去寻找对应的错误。如系统很多库的接口函数就是通过错误码放到errno中，表示错误。
  • C标准库中的setjmp和longjmp组合。

二、C++异常的概念

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**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：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

void Test()
{
	 string str =  "程序异常!";
	 throw str;
}

int main()
{
	try
	{
		Test();
	}
	catch (string& s)
	{
		cout << s << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误" << endl;
	}
	return 0;
}

三、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

  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**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。

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。

举几个栗子

#include <iostream>
#include <string>
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;
	}
	catch (...){
		cout << "unkown exception" << endl;
	}
	return 0;
}

【C++】—— 异常

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。
【C++】—— 异常
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。

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;


void Test()
{
	//throw 5;
	//throw 1.111111;
	throw "程序崩溃"
}

int main()
{
	try
	{
		Test();
	}
	catch (...);//上述异常均可被捕捉，为了防止异常未被捕捉而造成程序崩溃
	{
		cout << "未知错误" << 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。

举个栗子

#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();
	}
	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。

举个栗子

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

void Test()
{
	char *p = new char[100];

	 string str = "程序异常";
	 throw str;

	delete[] p;
}

int main()
{
	try
	{
		Test();
	}
	catch (string& s)
	{
		cout << s << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误" << endl;
	}
	return 0;
}
  • 这里我们可以知道当抛出异常之后，throw后的代码将不会继续执行，此时为p开辟的空间并没有得到正确的释放，会造成内存泄漏的问题。

四、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，因为一个项目中如果大家随意抛异常，那么外层的调用者基本就没办法玩了，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。
【C++】—— 异常

举个栗子

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception
{
protected:
	string _errmsg;
	int _id;
	int _line;

public:
	Exception(string err, int id, int line)
		:_errmsg(err)
		, _id(id)
		, _line(line)
	{}


};
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) // 这里捕获父类对象就可以
	{
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

五、C++标准库中的异常

详情可访问链接：http://www.cplusplus.com/reference/exception/exception/?kw=exception
【C++】—— 异常
举个栗子

#include <iostream>
#include <vector>
#include <exception>
using namespace std;

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

		//此时访问越界会抛出异常
		v.at(10);
	}
	catch (exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误" << endl;
	}
	return 0;
}

【C++】—— 异常

六、异常的优缺点（灰常重要）

C++异常的优点：

  1. 异常对象定义好了，相比较于C语言中的错误码方式可以更加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，这样就可更好的定位到程序的错误或是bug的位置了。
  2. 返回错误码的传统方式有个很大的问题，在函数调用链中，深层函数出现的错误，在返回错误信息是，得层层返回，每层都得对错误信息进行一定处理再返回上一层，直到到达最外层才能拿到错误。但是一旦抛出异常，就会直接跳转至类型匹配的catch处，打印出错误信息。
  3. 很多第三方库都包含异常，比如：boost、gtest、gmock等常用的库，在使用这些库时我们就需要使用异常。
  4. 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。
  5. 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。

举个栗子说明一下优点5

template<class T>
class EG
{
public:
	
	T& operator[](size_t pos)
	{
		if (pos < Size())
			return _array[pos];
		else
		{
			throw out_of_range();
		}
	}

};
  • 这里若用assert断言，太过粗暴
  • 若不使用异常，在else分支中不知道应该返回什么值才合适，可能有人会说返回T(),但是这个默认值也有可能是正常值，此时就分不清楚是正常返回值还是出现了错误了。

C++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，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. 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。
  4. 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。
  5. 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。

总结：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。另外OO的语言基本都是用异常处理错误，这也可以看出这是大势所趋。

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