【C++】C++关于异常的学习

news2024/9/20 12:36:26

文章目录

  • C语言传统的处理错误的方式
  • 一、异常的概念及用法
  • 二、自定义异常体系
  • 总结

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。
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。

一、异常的概念及用法

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激活的特定异常 , 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。

我们直接用代码进行讲解：

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;
}

 在Division这个函数中，当b等于0时我们手动抛了一个异常，注意throw后面跟的是一个对象，比如上面代码中我们就是抛出一个string对象，一旦抛异常了就会跳到距离最近的catch中，注意这里的距离是代码运行的距离，就比如cin>>len输入后的下一句运行代码是cout<<一样。在catch的时候编译器也是根据类型捕获的，如果catch(int)那么捕获的就是一个int对象，我们上面的代码中是string对象所以所以捕获的时候用const char*类型，当然...代表捕获任意类型的对象，一般情况下都会把catch(...)放在return之前，这样就可以捕获未知异常了。

下面我们演示一下抛异常结果没有任何一个catch的类型是匹配的情况：

 当我们将const char*改为char*后我们发现无法捕获了，这是因为我们抛出的是一个字符串常量，默认就是const类型的，一旦捕获不到异常那么程序就会直接终止掉。

总结：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，这个在实际中非常实用。
注意：同一个位置不可以有相同类型的catch，比如在一个函数中不能有相同类型的catch，如果有两个函数，在其函数体内都有catch(int)，那么是没问题的。
下面我们将代码修改一下：

 上面这种情况一旦我们在113行的函数中抛异常了，那么立马会跳到main函数的catch中，这就导致我们无法释放a的资源导致内存泄漏，那么我们该如何避免这种问题呢？我们只需要try catch一下就好：

void Func()
{
	int* a = new int;
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	try
	{
		cout << Division(len, time) << endl;
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		delete a;
		cout << "delete a" << endl;
		cout << errmsg << endl;
	}
}

 当然如果我们不想在func函数中处理异常，而是只想释放掉a的空间然后在main函数中统一处理异常的话我们可以这样写：

void Func()
{
	int* a = new int;
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	try
	{
		cout << Division(len, time) << endl;
	}
	catch (...)
	{
		delete a;
		cout << "delete a" << endl;
		throw;
	}
}

这样写的意思是先用...捕获任意类型的异常，当我们捕获到异常后我们不处理先释放掉a的空间，然后将异常重新抛出去让main函数中的catch去处理，throw后面什么也不跟就是重新抛出异常：

总结：

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。

 当然如果我们确定类型也可以这样：

当然我们也可以演示一下抛string类：

 

 我们想抛什么类型的异常都可以按照这样的方式抛出。

下面我们看看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。

 

 了解了以上调用过程后我们看看自定义异常体系

二、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。

下面我们给出实例代码：

#include <Windows.h>
class Exception
{
public:
	Exception(const string& errmsg, int id)
		:_errmsg(errmsg)
		, _id(id)
	{}
	virtual string what() const
	{
		return _errmsg;
	}
protected:
	string _errmsg;
	int _id;
};
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;
};
void SQLMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 7 == 0)
	{
		throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
	}
	//throw "xxxxxx";
}
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()
{
	// ...
	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()
{
	while (1)
	{
		Sleep(1000);
		try {
			HttpServer();
		}
		catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
		{
			// 多态
			cout << e.what() << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}
	return 0;
}

首先有一个父类叫exception，这个类用一个string和int来处理异常，注意这里的what是个虚函数。sql是一个数据库异常处理函数，在公司中通常有多个组，每个组有着不同的项目，比如我们上面写的sql,http,cache等，为了统一所有项目的异常处理，所以有父类execption,其他的异常处理对象都是继承这个父类的，我们在上面的每一个项目中都模拟了抛异常的问题，下面我们运行起来看看结果：

 其实我们不难发现，这就好像我们用qq微信突然没有网了或者什么异常情况，这种情况不会强制退出我们的qq软件，而是程序自己重新先尝试连接，多次连接不上就会弹一个框显示网络错误等信息。了解了以上知识后我们再看看异常安全和异常规范。

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， C++ 经常使用 RAII 来解决以上问题。RAII我们在线程库的时候已经讲过，我们用的unique_lock和lock_guard就是这样的创建自动加锁，退出作用域自动解锁销毁。
异常规范 ：
1. 异常规格说明的目的是为了让函数使用者知道该函数可能抛出的异常有哪些。 可以在函数的
后面接 throw( 类型 ) ，列出这个函数可能抛掷的所有异常类型。
2. 函数的后面接 throw() ，表示函数不抛异常。
3. 若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。

比如C++98是这样：

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

所以在C++11中，我们的某个函数只要确定一定不会抛异常那么在最后加上noexcept关键字。

下表是c++中每个异常出现的说明：

 下面我们再看看异常的优缺点：

C++ 异常的优点：
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，具体看下面的详细解释。 
 int ConnnectSql()
 {
 // 用户名密码错误
 if (...)
 return 1;
  
      // 权限不足
 if (...)
 return 2;
 }
  
  int ServerStart() {
 if (int ret = ConnnectSql() < 0)
 return ret;
      int fd = socket() 
      if（fd < 0）
          return errno;
 }
  
  int main()
 {
 if(ServerStart()<0)
 ...
  
 return 0;
 }
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。
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。另外很多 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。

总结

对于异常来讲，我们只需要会用try catch以及了解一些异常的概念，如果可以的话尽量规范自己遇到不会抛异常的类就在后面加上noexcept关键字。

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