【C++】异常-＞捕获异常、抛异常(学习复习兼顾)
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目录
0. 前言
1. C语言传统的处理错误的方式
2. C++异常概念
3. 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：
在函数调用链中异常栈展开匹配原则：
3.2 异常的重新抛出
3.3异常安全
3.4 异常规范
4.自定义异常体系
5.C++标准库的异常体系
6.异常的优缺点
C++异常的优点：
C++异常的缺点：
总结：
0. 前言
此博客为博主以后复习的资料，所以大家放心学习，总结的很全面，每段代码都给大家发了出来，大家如果有疑问可以尝试去调试。
大家一定要认真看图，图里的文字都是精华，好多的细节都在图中展示、写出来了，所以大家一定要仔细哦~
感谢大家对我的支持，感谢大家的喜欢， 兔7 祝大家在学习的路上一路顺利，生活的路上顺心顺意~！
1. C语言传统的处理错误的方式
传统的错误处理机制：
- 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。
- 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 标准库中setjmp和longjmp组合。这个不是很常用，了解一下。
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。
2. C++异常概念
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。
(异常对象可以是任意类型，对象就可以包含各种信息，主要看你如何定义这个异常对象)- 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。使用 try/catch 语句的语法如下所示：
int main()
{
try
{
char* p = new char[0x7fffffff];
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}
这是因为空间不足够导致的，那么我们如果想自己写个程序去抛异常呢？
如果不捕捉程序就会崩溃。
如果有异常会抛异常，跳过 try 中 抛出异常的代码，直接进入 catch 里，如果没有异常，那么就会继续执行 try ，不会执行 catch 里的代码。
3. 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：
- 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。
- 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。(下面的展开原则会解释)
- 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）
- 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。
- 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，我们后面会详细讲解这个。
上面我们抛出的是一个整形，当然我们也可以抛出字符串：
但是我们抛出的虽然是字符串，但是我们如果用整形接收，也是不可以的，也会错误，所以验证了上面的话：异常对象可以是任意类型，对象就可以包含各种信息，主要看你如何定义这个异常对象。也就是抛出异常的类型和接收异常的类型必须是相符的。
抛异常在时还是有问题的，比如说：
void f1()
{
int i, j;
cin >> i >> j;
if (j == 0)
{
throw string("除零错误");
}
cout << i / j << endl;
}
int* p2 = nullptr;
void f2()
{
p2 = (int*)malloc(40);
if (p2 == nullptr)
{
throw string("malloc失败");
}
}
FILE* p3 = nullptr;
void f3()
{
p3 = fopen("test.txt", "r");
if (p3 == nullptr)
{
throw string("fopen失败");
}
}
int main()
{
try
{
f1();
f2();
f3();
free(p2);
fclose(p3);
}
catch (int errid)
{
cout << "错误码:" << errid << endl;
}
catch (const string& str)
{
cout << "错误描述:" << str << endl;
if (str == "fopen失败")
{
free(p2);
}
}
return 0;
}
其中 p2 中有 malloc 出来的空间，f3 有打开的文件，如果 f2 抛异常，那么没什么问题，因为 f2 抛异常了就说明 malloc 申请空间失败，也不会有内存泄漏的问题，但是如果 f3 抛异常了，就会出现 f2 申请的空间没有得以释放，那么就会出现问题。
当然我们也有方式去解决。
我们可以经过下面的图来展示：
我们可以看到，这就是经过调试的步骤，直接跳过了 free(p2) 的步骤，但是下面也有释放的步骤。
但是我们这里用的是字符串去判断的，但是这就很 low ，因为如果我们将上面的错误描述改了，下面的也要跟着改。
所以我们一般将抛异常设置为一个类：
class MyException
{
public:
MyException(int errid, const char* errmsg)
:_errid(errid)
, _errmsg(errmsg)
{}
int GetErrid() const
{
return _errid;
}
const string& what() const
{
return _errmsg;
}
private:
int _errid;
string _errmsg;
//...
};
void f1()
{
int i, j;
cin >> i >> j;
if (j == 0)
{
throw MyException(1, "除零错误");
}
cout << i / j << endl;
}
int* p2 = nullptr;
void f2()
{
p2 = (int*)malloc(40);
if (p2 == nullptr)
{
throw MyException(2, "malloc失败");
}
}
FILE* p3 = nullptr;
void f3()
{
p3 = fopen("test.txt", "r");
if (p3 == nullptr)
{
throw MyException(3, "fopen失败");
}
}
int main()
{
try
{
f1();
f2();
f3();
free(p2);
fclose(p3);
}
catch (const MyException& e)
{
cout << "错误描述：" << e.what() << endl;
if (e.GetErrid() == 3)
{
free(p2);
}
}
return 0;
}
这样我们就可以对任意 Errid 编号进行特殊处理，这样也不会受错误描述更改的影响。
在函数调用链中异常栈展开匹配原则：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
上面的：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。就是这样解释的，接下来看例子：
class MyException
{
public:
MyException(int errid, const char* errmsg)
:_errid(errid)
, _errmsg(errmsg)
{}
int GetErrid() const
{
return _errid;
}
const string& what() const
{
return _errmsg;
}
private:
int _errid;
string _errmsg;
//...
};
void f1()
{
int i, j;
cin >> i >> j;
if (j == 0)
{
throw MyException(1, "除零错误");
}
cout << i / j << endl;
}
void f2()
{
try
{
f1();
}
catch (const MyException& e)
{
cout << "f2():错误描述：" << e.what() << endl;
}
}
int main()
{
try
{
f2();
}
catch (const MyException& e)
{
cout << "main():错误描述：" << e.what() << endl;
}
return 0;
}
我们可以看到捕捉异常的是 f2 ，而 main 函数里面的捕捉异常动作没有进行。
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）
然后有可能因为我们写代码的时候，虽然捕捉了我们认为可能出现异常的错误，但是还是可能会出现我们不知道的异常，那么它的类型我们也就不好捕获，所以这里出现了 catch(...) 可以捕获任意类型的异常：
这样可以捕获，但是还是不知道异常错误是什么，但是不至于让程序崩溃掉。
如果公司要进行一个大点的项目，然后分为几个小组进行写部分工程，然后最后组成一起，那么：
这样如果各个小组自己抛自己的异常，那么最后上面接收异常的时候就会非常难受，谁也不清楚下面将会抛出什么东西来。
所以其实再正式项目中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。
// 基类
class MyExcetion
{
public:
MyExcetion(int errid, const char* errmsg)
:_errid(errid)
, _errmsg(errmsg)
{}
int GetErrId() const
{
return _errid;
}
virtual string what() const
{
return _errmsg;
}
protected:
int _errid;
string _errmsg;
// ...
};
class CacheExcetion : public MyExcetion
{
public:
CacheExcetion(int errid, const char* errmsg)
:MyExcetion(errid, errmsg)
{}
virtual string what() const
{
string msg = "CacheExcetion：";
msg += _errmsg;
return msg;
}
protected:
// ...
};
class SqlExcetion : public MyExcetion
{
public:
SqlExcetion(int errid, const char* errmsg, const char* sql)
:MyExcetion(errid, errmsg)
, _sql(sql)
{}
virtual string what() const
{
string msg = "SqlExcetion：";
msg += _errmsg;
msg += "sql 语句：";
msg += _sql;
return msg;
}
protected:
// ...
string _sql;
};
class NetworkExcetion : MyExcetion
{
protected:
// ...
};
void f1()
{
// ....
int i;
cin >> i;
if (i == 0)
{
throw CacheExcetion(1, "数据不存在");
}
}
void f2()
{
int i;
cin >> i;
if (i == 0)
{
throw SqlExcetion(1, "数据库查询失败", "select * from t_student");
}
}
int main()
{
try
{
f1();
f2();
}
catch (const MyExcetion& e) // 只捕获基类
{
cout << "错误描述：" << e.what() << endl; // 多态
}
catch (...) // 任意类型的异常
{
cout << "未知异常" << endl;
}
return 0;
}
我们可以看到，这样写，我们只需要通过捕捉基类的方式捕获子类的错误信息。
其中还应用了多态的原理就可以通过控制子类的虚函数来实现输出什么样的错误信息。
我们可以看到库里也用了多态的方式，就是为了方便子类去重写虚函数。
但是其实库里的不是很好用。
但是整体的规范是：定义一个异常继承体系->捕获基类->抛子类。然后也可以定义多态，实现一些个性化的行为。
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。
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 (const char* errmsg)
{
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
throw errmsg;
}
// ...
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
return 0;
}
我们可以看到，如果没有异常，那么没有什么问题，正常释放了内存。
但是这里我们就可以看到，没有正常 delete[] array ，也就是出现了内存泄漏问题，这就是因为抛异常导致的。
那么如果这个异常不想在中间处理，就要再外面处理，那么我们就可以再抛异常。
可以看到，这里我们既处理了内存泄漏的问题，也让外面进行了异常处理。
但是这样如果调用的 Division 这函数如果一会抛一个异常，一会又抛另一个异常，那么就要写好几个捕捉异常，就会很恼火，所以：
这样不管是什么异常，我们都可以捕捉到，然后再次进行抛出，让外面进行处理。
当然为了降低这种情况的出现，后面还引入了智能指针，这个我的博客也会单独更新这个章节进行详细讲解的哦，跟随 兔7 的步伐~
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，C++ 经常使用 RAII 来解决以上问题，关于 RAII 我在智能指针这节进行讲解。
3.4 异常规范
- 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。
- 函数的后面接throw()，表示函数不抛异常。
- 若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。
// 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 new (std::size_t size, void* ptr) throw();
这个 noexcept 和 上面的 throw() 是一个意思， noexcept 是 C++11 提出的。
4.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。
这里我在上卖弄就已经演示过了，所以这里就提出一个概念就可以了。
5.C++标准库的异常体系
C++ 提供了一系列标准的异常，我们可以在程序中使用这些标准的异常。它们是以父子类层次结构组织起来的，如下所示：
说明：实际中我们可以可以去继承 exception 类实现自己的异常类。但是实际中很多公司像上面一样自己定义一套异常继承体系。因为C++标准库设计的不够好用。
6.异常的优缺点
C++异常的优点：
- 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。
- 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。
// 1.下面这段伪代码我们可以看到ConnnectSql中出错了，先返回给ServerStart，ServerStart再返回给main函数，main函数再针对问题处理具体的错误。 // 2.如果是异常体系，不管是ConnnectSql还是ServerStart及调用函数出错，都不用检查，因为抛出的异常异常会直接跳到main函数中catch捕获的地方，main函数直接处理错误。 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; } - 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。
- 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。
- 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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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(面向对象)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。
如上就是 异常 的所有知识，如果大家喜欢看此文章并且有收获，可以支持下 兔7 ，给 兔7 三连加关注，你的关注是对我最大的鼓励，也是我的创作动力~！
再次感谢大家观看，感谢大家支持！