C++异常

1 C++异常

1.1 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，可以处理。如果异常抛（throw）给上层函数,你可以不处理，你的上层要处理
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

1.2 异常语法

1.2.1 异常基本语法

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。

1.2.2 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;
}

1.2.3 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).

#include
using namespace std;
class Person {
public:
	Person(string name) {
		mName = name;
		cout << mName << "对象被构造函数创建!" << endl;
	}
	Person(const Person& p) {
		this->mName=p.mName;
		cout << mName << "对象被拷贝构造函数创建!" << 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 p1;//这个p1是Person p1拷贝了一份
}

int main() {

	try {
		TestFunction();
	}
	catch (...) {
		cout << "异常被捕获!" << endl;
	}

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

1.2.4 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!

1.2.5 异常变量生命周期

（1）三个对象

#include
using namespace std;
class Maker {
public:
	Maker() {
		cout << "Maker 的构造函数" << endl;
	}
	Maker(const Maker &m) {
		cout << "Maker 的拷贝构造函数" << endl;
	}
	~Maker() {
		cout << "Maker 的析构函数" << endl;
	}
};
// 产生三个对象
void func1() {
	Maker m;//第一个对象，在异常接收前释放
	throw m;//第二个对象，是第一个对象拷贝得来
}

void test01() {
	try {
		func1();
	}
	catch (Maker m1) {//第三个对象，是第二个对象拷贝得来
		cout << "接受一个Maker类型的异常" << endl;
		//第二个和第三个对象在catch结束时释放
	}
}
int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

（2）两个对象

// 产生二个对象
void func2() {
	//第一个对象
	throw Maker();//匿名对象
}

void test02() {
	try {
		func2();
	}
	catch (Maker m1) {//第二个对象
		cout << "接受一个Maker类型的异常" << endl;
		//第一个和第二个对象在catch结束时释放
	}
}

（3）一个对象

// 产生一个对象
void func3() {
	//第一个对象
	throw Maker();//匿名对象
}

void test03() {
	try {
		func3();
	}
	catch (Maker& m1) {//使用引用
		cout << "接受一个Maker类型的异常" << endl;
		//第一个在catch结束时释放
	}
}

**注意：**如果使用指针接收

// 产生一个对象
void func3() {
	//编译器不允许对栈中的匿名对象取地址操作
	//throw Maker(;//匿名对象
	//编译器允许对堆区中的匿名对象取地址操作throw new Maker();
	throw new Maker();//匿名对象
}

void test03() {
	try {
		func3();
	}
	catch (Maker* m1) {//使用指针
		cout << "接受一个Maker类型的异常" << endl;
		//第一个在catch结束时释放
	}
}

1.2.6 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){//父类的引用
		ex.printError();
	}
}

2 C++标准异常库

2.1 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：

• 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。
• logic_error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
• 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：

异常名称	描述
exception	所有标准异常类的父类
bad_alloc	当operator new and operator new[]，请求分配内存失败时
bad_exception	这是个特殊的异常，如果函数的异常抛出列表里声明了bad_exception异常，当函数内部抛出了异常抛出列表中没有的异常，这是调用的unexpected函数中若抛出异常，不论什么类型，都会被替换为bad_exception类型
bad_typeid	使用typeid操作符，操作一个NULL指针，而该指针是带有虚函数的类，这时抛出bad_typeid异常
bad_cast	使用dynamic_cast转换引用失败的时候
ios_base::failure	io操作过程出现错误
logic_error	逻辑错误，可以在运行前检测的错误
runtime_error	运行时错误，仅在运行时才可以检测的错误

logic_error的子类：

异常名称	描述
length_error	试图生成一个超出该类型最大长度的对象时，例如vector的resize操作
domain_error	参数的值域错误，主要用在数学函数中。例如使用一个负值调用只能操作非负数的函数
out_of_range	超出有效范围
invalid_argument	参数不合适。在标准库中，当利用string对象构造bitset时，而string中的字符不是’0’或’1’的时候，抛出该异常

runtime_error的子类：

异常名称	描述
range_error	计算结果超出了有意义的值域范围
overflow_error	算术计算上溢
underflow_error	算术计算下溢
invalid_argument	参数不合适。在标准库中，当利用string对象构造bitset时，而string中的字符不是’0’或’1’的时候，抛出该异常

#include
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;
}

2.2 编写自己的异常类

• 标准库中的异常是有限的；
• 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？

• 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。
• 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。
• 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{//继承标准异常类
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{  //描述异常信息
		return this->m_Error.c_str() ;
	}
public:
	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;
	}
}