C++中的类型转换和异常

C++类型转换

类型转换(cast) 是将一种数据类型转换成另一种数据类型。例如，如果将一个整型值赋给一个浮点类型的变量，编译器会暗地里将其转换成浮点类型。

转换是非常有用的，但是它也会带来一些问题，比如在转换指针时，我们很可能将其转换成一个比它更大的类型，但这可能会破坏其他的数据。

应该小心类型转换，因为转换也就相当于对编译器说：忘记类型检查，把它看做其他的类型。

一般情况下，尽量少的去使用类型转换，除非用来解决非常特殊的问题。

无论什么原因，任何一个程序如果使用很多类型转换都值得怀疑.

标准 c++ 提供了一个显示的转换的语法，来替代旧的 C 风格的类型转换。

使用 C 风格的强制转换可以把想要的任何东西转换成我们需要的类型。那为什么还需要一个新的 C++ 类型的强制转换呢？

新类型的强制转换可以提供更好的控制强制转换过程，允许控制各种不同种类的强制转换。C++ 风格的强制转换其他的好处是，它们能更清晰的表明它们要干什么。

程序员只要扫一眼这样的代码，就能立即知道一个强制转换的目的。

静态转换(static_cast)

用于类层次结构中基类（父类）和派生类（子类）之间指针或引用的转换。

进行上行转换（把派生类的指针或引用转换成基类表示）是安全的；

进行下行转换（把基类指针或引用转换成派生类表示）时，由于没有动态类型检查，所以是不安全的。

用于基本数据类型之间的转换，如把 int 转换成 char ，把 char 转换成 int 。这种转换的安全性也要开发人员来保证

class Animal{};
class Dog : public Animal{};
class Other{};
//基础数据类型转换
void test01(){
    char a = 'a';
    double b = static_cast<double>(a);
}
//继承关系指针互相转换
void test02(){
    //继承关系指针转换
    Animal* animal01 = NULL;
    Dog* dog01 = NULL;
    //子类指针转成父类指针,安全
    Animal* animal02 = static_cast<Animal*>(dog01);
    //父类指针转成子类指针，不安全
    Dog* dog02 = static_cast<Dog*>(animal01);
}
//继承关系引用相互转换
void test03(){
    Animal ani_ref;
    Dog dog_ref;
    //继承关系指针转换
    Animal& animal01 = ani_ref;
    Dog& dog01 = dog_ref;
    //子类指针转成父类指针,安全
    Animal& animal02 = static_cast<Animal&>(dog01);
    //父类指针转成子类指针，不安全
    Dog& dog02 = static_cast<Dog&>(animal01);
}
//无继承关系指针转换
void test04(){
    Animal* animal01 = NULL;
    Other* other01 = NULL;
    //转换失败
    //Animal* animal02 = static_cast<Animal*>(other01);
}

动态转换(dynamic_cast)

dynamiccast 主要用于类层次间的上行转换和下行转换；

在类层次间进行上行转换时，dynamic cast 和 static cast 的效果是一样的；

在进行下行转换时，dynamic cast 具有类型检查的功能，比 static_cast 更安全；

class Animal {
public:
    virtual void ShowName() = 0;
};
class Dog : public Animal{
    virtual void ShowName(){
        cout << "I am a dog!" << endl;
    }
};
class Other {
public:
    void PrintSomething(){
        cout << "我是其他类!" << endl;
    }
};
//普通类型转换
void test01(){
    //不支持基础数据类型
    int a = 10;
    //double a = dynamic_cast<double>(a);
}
//继承关系指针
void test02(){
    Animal* animal01 = NULL;
    Dog* dog01 = new Dog;
    //子类指针转换成父类指针 可以
    Animal* animal02 = dynamic_cast<Animal*>(dog01);
    animal02->ShowName();
    //父类指针转换成子类指针 不可以
    //Dog* dog02 = dynamic_cast<Dog*>(animal01);
}
//继承关系引用
void test03(){
    Dog dog_ref;
    Dog& dog01 = dog_ref;
    //子类引用转换成父类引用 可以
    Animal& animal02 = dynamic_cast<Animal&>(dog01);
    animal02.ShowName();
}
//无继承关系指针转换
void test04(){
    Animal* animal01 = NULL;
    Other* other = NULL;
    //不可以
    //Animal* animal02 = dynamic_cast<Animal*>(other);
}

常量转换(const_cast)

该运算符用来修改类型的 const 属性。。

常量指针被转化成非常量指针，并且仍然指向原来的对象；

常量引用被转换成非常量引用，并且仍然指向原来的对象；

注意: 不能直接对非指针和非引用的变量使用 const_cast 操作符去直接移除它的 const.

//常量指针转换成非常量指针
void test01(){
    const int* p = NULL;
    int* np = const_cast<int*>(p);
    int* pp = NULL;
    const int* npp = const_cast<const int*>(pp);
    const int a = 10; //不能对非指针或非引用进行转换
    //int b = const_cast<int>(a); }
    //常量引用转换成非常量引用
void test02(){
    int num = 10;
    int & refNum = num;
    const int& refNum2 = const_cast<const int&>(refNum);
}

重新解释转换(reinterpret_cast)

这是最不安全的一种转换机制，最有可能出问题。

主要用于将一种数据类型从一种类型转换为另一种类型。它可以将一个指针转换成一个整数，也可以将一个整数转换成一个指针.

C++异常

异常基本概念

Bjarne Stroustrup 说：提供异常的基本目的就是为了处理上面的问题。基本思想是：让一个函数在发现了自己无法处理的错误时抛出（throw ）一个异常，然后它的（直接或者间接）调用者能够处理这个问题。也就是《C++ primer 》中说的：将问题检测和问题处理相分离。

一种思想：在所有支持异常处理的编程语言中（例如 java ），要认识到的一个思想：在异常处理过程中，由问题检测代码可以抛出一个对象给问题处理代码，通过这个对象的类型和内容，实际上完成了两个部分的通信，通信的内容是“ 出现了什么错误” 。当然，各种语言对异常的具体实现有着或多或少的区别，但是这个通信的思想是不变的。

一句话：异常处理就是处理程序中的错误。所谓错误是指在程序运行的过程中发生的一些异常事件（如：除 0 溢出，数组下标越界，所要读取的文件不存在 , 空指针，内存不足等等）。

回顾一下：我们以前编写程序是如何处理异常？

在 C 语言的世界中，对错误的处理总是围绕着两种方法：一是使用整型的返回值标识错误；二是使用 errno 宏（可以简单的理解为一个全局整型变量）去记录错误。当然 C++ 中仍然是可以用这两种方法的。这两种方法最大的缺陷就是会出现不一致问题。例如有些函数返回 1 表示成功，返回 0 表示出错；而有些函数返回 0 表示成功，返回非 0 表示出错。

还有一个缺点就是函数的返回值只有一个，你通过函数的返回值表示错误代码，那么函数就不能返回其他的值。当然，你也可以通过指针或者 C++ 的引用来返回另外的值，但是这样可能会令你的程序略微晦涩难懂。

c++异常机制相比 C 语言异常处理的优势 ?

函数的返回值可以忽略，但异常不可忽略。如果程序出现异常，但是没有被捕获，程序就会终止，这多少会促使程序员开发出来的程序更健壮一点。而如果使用 C 语言的 error 宏或者函数返回值，调用者都有可能忘记检查，从而没有对错误进行处理，结果造成程序莫名其面的终止或出现错误的结果。

整型返回值没有任何语义信息。而异常却包含语义信息，有时你从类名就能够体现出来。

整型返回值缺乏相关的上下文信息。异常作为一个类，可以拥有自己的成员，这些成员就可以传递足够的信息。

异常处理可以在调用跳级。这是一个代码编写时的问题：假设在有多个函数的调用栈中出现了某个错误，使用整型返回码要求你在每一级函数中都要进行处理。而使用异常处理的栈展开机制，只需要在一处进行处理就可以了，不需要每级函数都处理。

//如果判断返回值，那么返回值是错误码还是结果？
//如果不判断返回值，那么 b==0 时候，程序结果已经不正确
//A 写的代码
int A_MyDivide(int a,int b){
    if (b == 0){
        return -1;
    }
    return a / b;
}
//B 写的代码
int B_MyDivide(int a,int b){
    int ba = a + 100;
    int bb = b;
    int ret = A_MyDivide(ba, bb); //由于 B 没有处理异常，导致 B 结果运算错误
    return ret;
}
//C 写的代码
int C_MyDivide(){
    int a = 10;
    int b = 0;
    int ret = B_MyDivide(a, b); //更严重的是，由于 B 没有继续抛出异常，导
    致 C 的代码没有办法捕获异常
    if (ret == -1){
        return -1;
    }
    else{
        return ret;
    }
}
//所以,我们希望：
//1.异常应该捕获，如果你捕获，可以，那么异常必须继续抛给上层函数,你不处理，不
代表你的上层不处理
//2.这个例子，异常没有捕获的结果就是运行结果错的一塌糊涂，结果未知，未知的结果
程序没有必要执行下去

异常语法

int A_MyDivide(int a, int b){
    if (b == 0){
        throw 0;
    }
    return a / b;
}
//B 写的代码 B 写代码比较粗心，忘记处理异常
int B_MyDivide(int a, int b){
    int ba = a;
    int bb = b;
    int ret = A_MyDivide(ba, bb) + 100; //由于 B 没有处理异常，导致 B 结果运算错误
    return ret;
}
//C 写的代码
int C_MyDivide(){
    int a = 10;
    int b = 0;
    int ret = 0;
    //没有处理异常，程序直接中断执行
    #if 1 
    ret = B_MyDivide(a, b);
    //处理异常
    #else
    try{
        ret = B_MyDivide(a, b); //更严重的是，由于 B 没有继续抛出异常，导致 C 的代码没有办法捕获异常
    }
    catch (int e){
        cout << "C_MyDivide Call B_MyDivide 除数为:" << e << endl;
    }
    #endif
    return ret;
}
int main(){
    C_MyDivide();
    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

总结 :

若有异常则通过 throw 操作创建一个异常对象并抛出。

将可能抛出异常的程序段放到 try 块之中。

如果在 try 段执行期间没有引起异常，那么跟在 try 后面的 catch 字句就不会执行。

catch 子句会根据出现的先后顺序被检查，匹配的 catch 语句捕获并处理异常 ( 或继续抛出异常)

如果匹配的处理未找到，则运行函数 terminate 将自动被调用，其缺省功能调用abort 终止程序。

处理不了的异常，可以在 catch 的最后一个分支，使用 throw ，向上抛。

c++异常处理使得异常的引发和异常的处理不必在一个函数中，这样底层的函数可以着重解决具体问题，而不必过多的考虑异常的处理。上层调用者可以在适当的位置设计对不同类型异常的处理。

异常严格类型匹配

异常机制和函数机制互不干涉, 但是捕捉方式是通过严格类型匹配。

void TestFunction(){
    cout << "开始抛出异常..." << endl;
    //throw 10; //抛出 int 类型异常
    //throw 'a'; //抛出 char 类型异常
    //throw "abcd"; //抛出 char*类型异常
    string ex = "string exception!";
    throw ex;
}
int main(){
    try{
        TestFunction();
    }
    catch (int){
        cout << "抛出 Int 类型异常!" << endl;
    }
    catch (char){
        cout << "抛出 Char 类型异常!" << endl;
    }
    catch (char*){
        cout << "抛出 Char*类型异常!" << endl;
    }
    catch (string){
        cout << "抛出 string 类型异常!" << endl;
    }
    //捕获所有异常
    catch (...){
        cout << "抛出其他类型异常!" << endl;
    }
    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

栈解旋(unwinding)

异常被抛出后，从进入 try 块起，到异常被抛掷前，这期间在栈上构造的所有对象，
都会被自动析构。析构的顺序与构造的顺序相反，这一过程称为栈的解旋
(unwinding).
public:
    Person(string name){
        mName = name;
        cout << mName << "对象被创建!" << endl;
    }
    ~Person(){
        cout << mName << "对象被析构!" << endl;
    }
public:
    string mName;
};
void TestFunction(){
    Person p1("aaa");
    Person p2("bbb");
    Person p3("ccc");
    //抛出异常
    throw 10;
}
int main(){
    try{
        TestFunction();
    }
    catch (...){
        cout << "异常被捕获!" << endl;
    }
    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

异常接口声明

为了加强程序的可读性，可以在函数声明中列出可能抛出异常的所有类型，例如： void func() throw(A,B,C);这个函数 func 能够且只能抛出类型 A,B,C 及其子类型的异常。

如果在函数声明中没有包含异常接口声明，则此函数可以抛任何类型的异常，例

如 :void func()

一个不抛任何类型异常的函数可声明为:void func() throw()

如果一个函数抛出了它的异常接口声明所不允许抛出的异常,unexcepted 函数会被调用，该函数默认行为调用 terminate 函数中断程序。

//可抛出所有类型异常
void TestFunction01(){
    throw 10;
}
//只能抛出 int char char*类型异常
void TestFunction02() throw(int,char,char*){
    string exception = "error!";
    throw exception;
}
//不能抛出任何类型异常
void TestFunction03() throw(){
    throw 10;
}
int main(){
    try{
        //TestFunction01();
        //TestFunction02();
        //TestFunction03();
    }
    catch (...){
        cout << "捕获异常!" << endl;
    }
    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

请分别在 qt vs linux 下做测试 ! Qt and Linux 正确 !

异常变量生命周期

throw 的异常是有类型的，可以是数字、字符串、类对象。

throw 的异常是有类型的， catch 需严格匹配异常类型。

class MyException
{
public:
    MyException(){
        cout << "异常变量构造" << endl;
    }
    MyException(const MyException & e)
    {
        cout << "拷贝构造" << endl;
    }
    ~MyException()
    {
        cout << "异常变量析构" << endl;
    }
};
void DoWork()
{
    throw new MyException(); //test1 2 都用 throw MyExecption();
}
void test01()
{
    try
    {
        DoWork();
    }
    catch (MyException e)
    {
        cout << "捕获 异常" << endl;
    }
}
void test02()
{
    try
    {
        DoWork();
    }
    catch (MyException &e)
    {
        cout << "捕获 异常" << endl;
    }
}
void test03()
{
    try
    {
        DoWork();
    }
    catch (MyException *e)
    {
        cout << "捕获 异常" << endl;
        delete e;
    }
}

异常的多态使用

//异常基类
class BaseException{
public:
    virtual void printError(){};
};
//空指针异常
class NullPointerException : public BaseException{
public:
    virtual void printError(){
        cout << "空指针异常!" << endl;
    }
};
//越界异常
class OutOfRangeException : public BaseException{
public:
    virtual void printError(){
        cout << "越界异常!" << endl;
    }
};
void doWork(){
    throw NullPointerException();
}
void test()
{
    try{
        doWork();
    }
    catch (BaseException& ex){
        ex.printError();
    }
}

C++标准异常库

标准库介绍

标准库中也提供了很多的异常类，它们是通过类继承组织起来的。异常类继承层级结构图如下：

每个类所在的头文件在图下方标识出来。

标准异常类的成员：

① 在上述继承体系中，每个类都有提供了构造函数、复制构造函数、和赋值操作符重载。

② logicerror 类及其子类、 runtime error 类及其子类，它们的构造函数是接受一个 string 类型的形式参数，用于异常信息的描述

③ 所有的异常类都有一个 what() 方法，返回 const char* 类型（ C 风格字符串）的值，描述异常信息。

标准异常类的具体描述：

#include<stdexcept>
class Person{
public:
    Person(int age){
        if (age < 0 || age > 150){
            throw out_of_range("年龄应该在 0-150 岁之间!");
        }
    }
public:
    int mAge;
};
int main(){
    try{
        Person p(151);
    }
    catch (out_of_range& ex){
        cout << ex.what() << endl;
    }
    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

编写自己的异常类

① 标准库中的异常是有限的；

② 在自己的异常类中，可以添加自己的信息。（标准库中的异常类值允许设置一个用来描述异常的字符串）。

如何编写自己的异常类？

① 建议自己的异常类要继承标准异常类。因为 C++ 中可以抛出任何类型的异常，所以我们的异常类可以不继承自标准异常，但是这样可能会导致程序混乱，尤其是当我们多人协同开发时。

② 当继承标准异常类时，应该重载父类的 what 函数和虚析构函数。

③ 因为栈展开的过程中，要复制异常类型，那么要根据你在类中添加的成员考虑是否提供自己的复制构造函数。

//自定义异常类
class MyOutOfRange:public exception
{
public:
    MyOutOfRange(const string errorInfo)
    {
        this->m_Error = errorInfo;
    }
    MyOutOfRange(const char * errorInfo)
    {
        this->m_Error = string( errorInfo);
    }
    virtual ~MyOutOfRange()
    {
    }
    virtual const char * what() const
    {
        return this->m_Error.c_str() ;
    }
    string m_Error;
};
class Person
{
public:
    Person(int age)
    {
        if (age <= 0 || age > 150)
        {
            //抛出异常 越界
            //cout << "越界" << endl;
            //throw out_of_range("年龄必须在 0~150 之间");
            //throw length_error("长度异常");
            throw MyOutOfRange(("我的异常 年龄必须在 0~150 之间"));
        }
        else
        {
            this->m_Age = age;
        }
    }
    int m_Age;
};
void test01()
{
    try
    {
        Person p(151);
    }
    catch ( out_of_range & e )
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    catch (length_error & e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    catch (MyOutOfRange e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
}