十點(diǎn)詳解C++異常處理 一文助你全面剖析C++異常處理機(jī)制
一，什么是異常處理
一句話：異常處理就是處理程序中的錯(cuò)誤，比如嘗試除以零的操作。
二，為什么需要異常，以及異常處理的基本思想
C++之父Bjarne Stroustrup在《The C++ Programming Language》中講到：一個(gè)庫(kù)的作者可以檢測(cè)出發(fā)生了運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，但一般不知道怎樣去處理它們(因?yàn)楹陀脩?hù)具體的應(yīng)用有關(guān));另一方面，庫(kù)的用戶(hù)知道怎樣處理這些錯(cuò)誤，但卻無(wú)法檢查它們何時(shí)發(fā)生(如果能檢測(cè)，就可以在用戶(hù)的代碼里處理了，不用留給庫(kù)去發(fā)現(xiàn))。
Bjarne Stroustrup說(shuō)：提供異常的基本目的就是為了處理上面的問(wèn)題。基本思想是：讓一個(gè)函數(shù)在發(fā)現(xiàn)了自己無(wú)法處理的錯(cuò)誤時(shí)拋出(throw)一個(gè)異常，然后它的(直接或者間接)調(diào)用者能夠處理這個(gè)問(wèn)題。
也就是《C++ primer》中說(shuō)的：將問(wèn)題檢測(cè)和問(wèn)題處理相分離。
一種思想：在所有支持異常處理的編程語(yǔ)言中，要認(rèn)識(shí)到的一個(gè)思想：在異常處理過(guò)程中，由問(wèn)題檢測(cè)代碼可以拋出一個(gè)對(duì)象給問(wèn)題處理代碼，通過(guò)這個(gè)對(duì)象的類(lèi)型和內(nèi)容，實(shí)際上完成了兩個(gè)部分的通信，通信的內(nèi)容是“出現(xiàn)了什么錯(cuò)誤”。當(dāng)然，各種語(yǔ)言對(duì)異常的具體實(shí)現(xiàn)有著或多或少的區(qū)別，但是這個(gè)通信的思想是不變的。
三，異常出現(xiàn)之前處理錯(cuò)誤的方式
在C語(yǔ)言的世界中，對(duì)錯(cuò)誤的處理總是圍繞著兩種方法：一是使用整型的返回值標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤;二是使用errno宏(可以簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)全局整型變量)去記錄錯(cuò)誤。當(dāng)然C++中仍然是可以用這兩種方法的。
這兩種方法最大的缺陷就是會(huì)出現(xiàn)不一致問(wèn)題。例如有些函數(shù)返回1表示成功，返回0表示出錯(cuò);而有些函數(shù)返回0表示成功，返回非0表示出錯(cuò)。
還有一個(gè)缺點(diǎn)就是函數(shù)的返回值只有一個(gè)，你通過(guò)函數(shù)的返回值表示錯(cuò)誤代碼，那么函數(shù)就不能返回其他的值。當(dāng)然，你也可以通過(guò)指針或者C++的引用來(lái)返回另外的值，但是這樣可能會(huì)令你的程序略微晦澀難懂。
四，異常為什么好
優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
1. 函數(shù)的返回值可以忽略，但異常不可忽略。如果程序出現(xiàn)異常，但是沒(méi)有被捕獲，程序就會(huì)終止，這多少會(huì)促使程序員開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序更健壯一點(diǎn)。而如果使用C語(yǔ)言的error宏或者函數(shù)返回值，調(diào)用者都有可能忘記檢查，從而沒(méi)有對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理，結(jié)果造成程序莫名其面的終止或出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。
2. 整型返回值沒(méi)有任何語(yǔ)義信息。而異常卻包含語(yǔ)義信息，有時(shí)你從類(lèi)名就能夠體現(xiàn)出來(lái)。
3. 整型返回值缺乏相關(guān)的上下文信息。異常作為一個(gè)類(lèi)，可以擁有自己的成員，這些成員就可以傳遞足夠的信息。
異常處理可以在調(diào)用跳級(jí)。這是一個(gè)代碼編寫(xiě)時(shí)的問(wèn)題：假設(shè)在有多個(gè)函數(shù)的調(diào)用棧中出現(xiàn)了某個(gè)錯(cuò)誤，使用整型返回碼要求你在每一級(jí)函數(shù)中都要進(jìn)行處理。而使用異常處理的棧展開(kāi)機(jī)制，只需要在一處進(jìn)行處理就可以了，不需要每級(jí)函數(shù)都處理。
五， C++中使用異常時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
任何事情都是兩面性的，異常有好處就有壞處。如果在你的代碼中使用異常，那么需要注意以下事項(xiàng):
1. 性能問(wèn)題。這個(gè)一般不會(huì)成為瓶頸，但是如果你編寫(xiě)的是高性能或者實(shí)時(shí)性要求比較強(qiáng)的軟件，就需要考慮了。
2. 指針和動(dòng)態(tài)分配導(dǎo)致的內(nèi)存回收問(wèn)題：動(dòng)態(tài)內(nèi)存不會(huì)自動(dòng)回收，如果遇到異常就需要考慮是否正確地回收了內(nèi)存。
函數(shù)的異常拋出列表：如果沒(méi)有寫(xiě)noexcept，意味著你可以拋出任何異常。
六，異?；菊Z(yǔ)法
很簡(jiǎn)單，拋出一場(chǎng)用throw，捕獲用try...catch
- throw: 當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，程序會(huì)拋出一個(gè)異常。
- catch: 在您想要處理問(wèn)題的地方，通過(guò)異常處理程序捕獲異常。
- try: try 塊中的代碼標(biāo)識(shí)將被激活得特定異常。它后面通常跟著一個(gè)或多個(gè) catch 塊。
- noexcept：用于聲明函數(shù)不拋出異常，如果函數(shù)拋了異常，則直接中斷，不能被捕獲
使用 try...catch 語(yǔ)句的語(yǔ)法如下所示：
- try
- {
- // 保護(hù)代碼
- }catch( ExceptionName e1 )
- {
- // catch 塊
- }catch( ExceptionName e2 )
- {
- // catch 塊
- }catch( ExceptionName eN )
- {
- // catch 塊
- }
如果 try 塊在不同的情境下會(huì)拋出不同的異常，這個(gè)時(shí)候可以嘗試羅列多個(gè) catch 語(yǔ)句，用于捕獲不同類(lèi)型的異常
捕獲異常時(shí)的注意事項(xiàng)：
- catch的匹配過(guò)程是找最先匹配的，不是最佳匹配。
- catch的匹配過(guò)程中，對(duì)類(lèi)型的要求比較嚴(yán)格。不允許標(biāo)準(zhǔn)算術(shù)轉(zhuǎn)換和類(lèi)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。(類(lèi)類(lèi)型的轉(zhuǎn)化包括兩種：通過(guò)構(gòu)造函數(shù)的隱式類(lèi)型轉(zhuǎn)化和通過(guò)轉(zhuǎn)化操作符的類(lèi)型轉(zhuǎn)化)。
七，異常之棧解旋
異常被拋出后，從進(jìn)入try塊起，到異常被拋擲前，這期間在棧上構(gòu)造的所有對(duì)象，都會(huì)被自動(dòng)析構(gòu)。
析構(gòu)的順序與構(gòu)造的順序相反，這一過(guò)程稱(chēng)為棧的解旋(unwinding).
- struct Maker
- {
- Maker()
- {
- cout << "Maker() 構(gòu)造函數(shù)" << endl;
- }
- Maker(const Maker& other)
- {
- cout << "Maker(Maker&) 拷貝構(gòu)造函數(shù)" << endl;
- }
- ~Maker()
- {
- cout << "~Maker() 析構(gòu)函數(shù)" << endl;
- }
- };
- void fun()
- {
- Maker m;
- cout << "--------" << endl;
- throw m;
- cout << "fun__end" << endl;
- }
- int main()
- {
- try
- {
- fun();
- }
- catch (Maker & m)
- {
- cout << "收到Maker異常" << endl;
- }
- }
八，C++ 標(biāo)準(zhǔn)的異常
C++ 提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)的異常，定義在
每個(gè)類(lèi)所在的頭文件在圖下方標(biāo)識(shí)出來(lái)
標(biāo)準(zhǔn)異常類(lèi)的成員： ① 在上述繼承體系中，每個(gè)類(lèi)都有提供了構(gòu)造函數(shù)、復(fù)制構(gòu)造函數(shù)、和賦值操作符重載。 ② logic_error類(lèi)及其子類(lèi)、runtime_error類(lèi)及其子類(lèi)，它們的構(gòu)造函數(shù)是接受一個(gè)string類(lèi)型的形式參數(shù)，用于異常信息的描述; ③ 所有的異常類(lèi)都有一個(gè)what()方法，返回const char* 類(lèi)型(C風(fēng)格字符串)的值，描述異常信息。
下表是對(duì)上面層次結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的每個(gè)異常的說(shuō)明：
九、編寫(xiě)自己的異常類(lèi)
- 為什么要編寫(xiě)自己的異常類(lèi)? ① 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的異常是有限的; ② 在自己的異常類(lèi)中，可以添加自己的信息。(標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的異常類(lèi)值允許設(shè)置一個(gè)用來(lái)描述異常的字符串)。
- 如何編寫(xiě)自己的異常類(lèi)? ① 建議自己的異常類(lèi)要繼承標(biāo)準(zhǔn)異常類(lèi)。因?yàn)镃++中可以拋出任何類(lèi)型的異常，所以我們的異常類(lèi)可以不繼承自標(biāo)準(zhǔn)異常，但是這樣可能會(huì)導(dǎo)致程序混亂，尤其是當(dāng)我們多人協(xié)同開(kāi)發(fā)時(shí)。 ② 當(dāng)繼承標(biāo)準(zhǔn)異常類(lèi)時(shí)，應(yīng)該重載父類(lèi)的what函數(shù)和虛析構(gòu)函數(shù)。 ③ 因?yàn)闂Ｕ归_(kāi)的過(guò)程中，要復(fù)制異常類(lèi)型，那么要根據(jù)你在類(lèi)中添加的成員考慮是否提供自己的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。
示例：
- #include <iostream>
- #include <exception>
- using namespace std;
- //第一種
- class Out_Range : public exception
- {
- public:
- explicit Out_Range(const string& _Message) : exception(_Message.c_str()) {}
- explicit Out_Range(const char* _Message) : exception(_Message) {}
- };
- //第二種
- struct Exce :public exception
- {
- const char* what() const override
- {
- return "Exce";
- }
- };
- void foo(int arr[], int len)
- {
- int i = -1;
- if (i<0 || i>=len)
- {
- throw Out_Range("數(shù)組越界啦~");
- }
- cout << arr[i] << endl;
- }
- int main()
- {
- int arr[3] = { 0 };
- try
- {
- foo(arr, 3);
- }
- catch (Out_Range& e) //自定義錯(cuò)誤
- {
- cout << "Out_Range& e " << e.what() << endl;
- }
- catch (std::exception& e) //其他錯(cuò)誤
- {
- cout <<"std::exception& e "<<e.what()<< endl;
- }
- return 0;
- }
十，來(lái)自C++之父Bjarne Stroustrup的建議
節(jié)選自《The C++ Programming Language》 ——C++之父Bjarne Stroustrup
1. 當(dāng)局部的控制能夠處理時(shí)，不要使用異常;
2.使用“資源分配即初始化”技術(shù)去管理資源;
3. 盡量少用try-catch語(yǔ)句塊，而是使用“資源分配即初始化”技術(shù)。
4. 如果構(gòu)造函數(shù)內(nèi)發(fā)生錯(cuò)誤，通過(guò)拋出異常來(lái)指明。
5. 避免在析構(gòu)函數(shù)中拋出異常。
6. 保持普通程序代碼和異常處理代碼分開(kāi)。
7. 小心通過(guò)new分配的內(nèi)存在發(fā)生異常時(shí)，可能造成內(nèi)存泄露。
8. 如果一個(gè)函數(shù)可能拋出某種異常，那么我們調(diào)用它時(shí)，就要假定它一定會(huì)拋出該異常，即要進(jìn)行處理。
9. 要記住，不是所有的異常都繼承自exception類(lèi)。
10. 編寫(xiě)的供別人調(diào)用的程序庫(kù)，不應(yīng)該結(jié)束程序，而應(yīng)該通過(guò)拋出異常，讓調(diào)用者決定如何處理(因?yàn)檎{(diào)用者必須要處理拋出的異常)。
