C++的异常捕获

news2024/11/23 15:37:09

目录

C语言的异常处理方式

C++的异常处理方式

异常的抛出与捕获

抛出与捕获原则

自定义异常体系

异常安全

异常规范

异常的优缺点

优点

缺点

C语言的异常处理方式

1、终止程序

常见形式：assert

缺陷：太过强硬，如果发生内存错误，或者除0语法错误等就会直接终止程序

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

C语言中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++的异常处理方式

基本概念：抛异常是编程中的一种机制（c++ / python等），用于在程序遇到错误或异常情况时中断正常的程序流，并将控制权转移到预定的异常处理逻辑中。异常处理使得程序能够优雅地处理错误，而不是直接崩溃（异常是一种运行时错误，可以中断程序的正常流程，常见的异常包括除零错误、文件未找到、网络连接失败等）

  • 抛出（Throwing）： 使用 throw 关键字将异常对象传递出去
  • 捕获（Catching）： 使用 try...catch 块来捕获并处理异常
try{// 可能会出现异常的代码 
}

//根据类型抛出异常的类型进行捕获
catch( ExceptionName e1 ){//处理方式}
catch( ExceptionName e2 ){//处理方式}
....
  • 传播（Propagation）：如果异常未被捕获，它会向调用栈的上传递，直到找到一个处理器，如果找不到一个处理器就会使程序终止
  • 异常对象：该对象包含了错误的详细信息以及上下文，用于捕获和处理异常

优点：

  • 提高代码的健壮性，使得程序能够优雅地处理异常情况
  • 提供了错误传播和处理的标准机制

缺点：

  • 可能会使代码变得复杂，其中的栈展开机制会打乱正常的执行流

  • break、continue、return等虽然也会破坏正常执行流，但并会跨越多个函数  
  • 不当的异常处理可能会掩盖程序中的逻辑错误

异常的抛出与捕获

抛出与捕获原则

#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!";
	else
		return ((double)a / (double)b);//否则返回a / b后的结果
}

void fxx()
{
	int i = 0;
	cin >> i;
	if (i % 2 == 0)//出现偶数时抛异常
	{
		throw 1;
	}
}

void Func()
{
	int a, b;
	cin >> a >> b;
	cout << Division(a, b) << endl;
	try
	{
		fxx();//可能出异常的代码
	}
	catch (int x)
	{
		cout <<__LINE__<<"捕获异常:" << x << endl;
	}

	cout << "=====================" << endl;

}

int main()
{
	try 
	{
		Func();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	catch (int x)
	{
		cout << __LINE__ <<"捕获异常:"<< x << endl;
	}

	cout << "~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~" << endl;

	return 0;
}

1、抛出异常的对象的类型决定了会调用哪个catch中的异常处理代码

2、进行异常处理的代码应该是离抛异常位置最近的那一个（就近原则）

3、找到匹配的catch子句并处理后，会继续执行catch子句后的非try...catch块中的内容。不会执行原函数中的内容了

4、抛出异常对象后，会生成一个拷贝该异常对象得到的临时对象（右值），这个临时对象会在被catch后销毁，可以调用移动构造从而省去拷贝构造这一过程

void fxx()
{
	int i = 0;
	cin >> i;
	if (i % 2 == 0)
	{
		string s("出现偶数");
		throw s;
	}
}

5、catch（...）可以捕获任意类型的异常对象，用于捕获未知异常对象的情况，是异常捕获的最后一道防线必须加上，防止出现在规定的异常对象外的情况而捕捉不到的情况

6、实际上，抛出对象的类型与捕获的类型并不一定都是匹配的，大多数情况下会抛出派生类对象，使用基类捕获

自定义异常体系

基本概念：实际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使用了，所以实际中都会定义一套基础的规范体系，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

#include <iostream>
#include <windows.h>

using namespace std;

// 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;  // 错误描述
	int _id;         // 错误编号
};

// 继承和多态
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;
};

class A
{
public:
	A()
	{
		cout << "A()" << endl;

		_ptr1 = new int;
		_ptr2 = new int;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;

		delete _ptr1;
		delete _ptr2;
	}

private:
	int* _ptr1;
	int* _ptr2;
};


void SQLMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 7 == 0)
	{
		throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
	}

	cout << "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!运行成功" << endl;
}

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()
{
	A aa;
	srand(time(0));
	if (rand() % 3 == 0)
	{
		throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");
	}
	else if (rand() % 4 == 0)
	{
		throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");
	}

	CacheMgr();
}

int main()
{
	srand(time(0));

	while (1)
	{
		Sleep(1000);

		try 
		{
			HttpServer(); // io
		}
		catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
		{
			cout << e.what() << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;//未知捕获
		}
	}

	return 0;
}

  • 基类 Exception:

    • 用于处理所有异常的基类
    • 包含错误消息 (_errmsg) 和错误编号 (_id)
    • 提供 what() 方法，返回错误描述

  • 派生类 SqlException:

    • 专门处理与SQL相关的异常
    • 添加了 SQL 语句的字段 _sql
    • 重写 what() 方法以提供包含 SQL 语句的错误信息

  • 派生类 CacheException:

    • 处理缓存相关的异常
    • what() 方法返回基于缓存错误的信息

  • 派生类 HttpServerException:

    • 用于处理HTTP服务器的异常
    • 包括一个请求类型字段 _type
    • what() 方法返回包括请求类型的详细错误信息

结论：出异常时都是抛出相应的派生类对象，且SQLMgr、CacheMgr、HttpServer三个函数都没有解决抛异常的try...catch块，栈展开后都会回到main函数进行异常处理（描述的可能有误，建议调试查看）

异常安全

1、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者没有完全初始化

2、最好不要在析构函数中抛出异常，析构函数主要用于资源的清理，抛异常可能导致资源泄漏

//可能出问题的代码
double Division(int a, int b)
{
	// 当b == 0时抛出异常
	if (b == 0)
		throw "Division by zero condition!";
	else
		return ((double)a / (double)b);
}

class A
{
public:
	A()
	{
		cout << "A()" << endl;
		_ptr1 = new int;
        //在构造函数中设计抛异常
		int x, y;
		cin >> x >> y;
		Division(x, y);//如果此时抛异常了，那么就会进行异常处理，然后直接执行catch子句后的内容，_ptr2未正常初始化1

		_ptr2 = new int;
	}

	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
		delete _ptr1;
        //在析构函数中设计抛异常
		int x, y;
		cin >> x >> y;
		Division(x, y);//如果此时抛异常了，那么就会进行异常处理，然后直接执行catch子句后的内容，_ptr2未释放

		delete _ptr2;
	}

private:
	int* _ptr1;
	int* _ptr2;
};

3、在C++异常中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RALL来解决上述问题

异常规范

基本概念：C++98时对异常抛出有一些建议性的规范，但这并不是强制的，当然实际上这一规范也没能解决使用异常时会出现的一些问题：

  1. 函数后接throw（），表示此函数不会抛异常
  2. 函数后接throw（?），表示此函数可以抛出?类型的异常
  3. 函数后接throw（? / *...），表示此函数可以抛出?或*等类型的异常

// 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 delete (std::size_t size, void* ptr) throw();

 但是这样子可能会导致兼容性差等的问题

补充：C++11新增的noexcpt关键字，表示也用于表示一个函数不会抛异常

// C++11 中新增的noexcept，表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

结论：可能会抛异常时，函数后什么都不加，抛异常的操作在函数内直接写就行，如果缺定该函数不会抛异常，那么就在该函数后加noexcept关键字

异常的优缺点

优点

1、异常对象的处理方式定义好后，相比于错误码可以更加清晰准确的显示出错误的各种信息，甚至可以包含堆栈的调用信息，可以帮助我们更快的定位程序的bug

class Exception
{
public:
	Exception(const string& errmsg, int id)
		:_errmsg(errmsg)
		, _id(id)
	{}

	virtual string what() const
	{
		return _errmsg;
	}

protected:
	string _errmsg;  // 错误描述
	int _id;         // 错误编号
};

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;
};
...

2、错误码需要层层返回错误，最外层才能拿到错误，异常可以直接跳转，不用层层处理

3、很多第三方库都支持异常，所以我们应该也要去使用

4、部分函数使用异常更好处理，比如构造函数没有返回值，不便使用错误码，比如T& operator这样的函数，如果pos越界了之呢使用异常或终止程序进行处理，没法通过返回值表示错误

缺点

1、异常不仅会导致程序的执行流乱跳，且运行时出错导致的抛异常也会使得程序看起来很混乱，这导致我们跟踪调试以及分析程序时，比较困难

2、C++没有垃圾回收机制，资源需要自己管理，有了异常很容易内存泄漏、死锁等异常安全问题，这需要使用RAII机制来处理资源的管理问题，学习成本高

3、C+标准库的异常体系定义的不好，导致各公司各自定义自己的异常体系，十分混乱

~over~

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