[C++] 异常处理
异常是一种能够处理非正常行为的机制，也是异常产生端和异常处理端通信的一种方式。在软件开发时，通常的情况是，一方知道会发生何种异常但不知道如何处理，另一方不知道是否会发生异常，但在发生异常时它能够进行处理。所以，C++提供了异常处理机制。允许库的开发者在发生异常时抛出异常，而库的用户捕捉异常并进行合理的处理。
C++中与异常处理相关的关键字有：
throw：抛出异常。
try：测试某个程序块是否会抛出异常。
catch：对异常进行捕捉，然后处理。
因此，一般的异常处理程序的框架是：
库的开发者端：
void throw_test()
{
if(something_is_bad) {
throw exception;
}
}而库的用户端：
void catch_test()
{
try {
throw_test();
} catch(exception & e) {
// exception handler
}
}如上所示，在throw_test()中抛出一个exception异常，而在catch_test()中对throw_test()进行测试，如果发生了异常，就会被catch语句捕捉，并进行处理。
1 捕捉端是否要使用引用
读者看到上面捕捉异常时使用的是引用，那么，是否一定要使用引用呢？
一般传递参数的方式有三种：传递指针、传递值、传递引用。其实传递指针和传递值是类似的。
在捕捉异常时，如果采用指针传递，抛出异常后，就会脱离当前作用域，因此，就必须保证指针所指向的对象依然存在，可以有三种方式来保证：static对象、全局对象、堆上的对象。如果采用static和全局变量，这通常是不符合程序员的习惯，因为每次传递一个异常都必须声明一个static和全局变量，这当然不是良好的编程风格。如果采用堆上的对象，在抛出端进行new，那何时进行delete呢？用户必须保证在最后进行处理之后对对象进行delete，这对程序员产生了极大的负担。
在捕捉异常时，如果采用值传递，就必须产生两次拷贝，而且没有多态行为。具体的请看第2部分。
因此，在抛出对象时，应该尽量使用引用传递。采用引用传递没有上面的问题。
2 throw之后究竟发生了什么？
采用引用传递，通常在抛出端会有下面两种形式：
derived d;
throw d;
throw derived();第一种方式是用的局部对象，第二中方式是用的临时对象。那么，离开当前作用域时，d会被析构，那么，它是如果保证d的对象能够传递到捕捉端呢？
当throw一个对象时，编译器会在堆上用抛出的对象复制构造一个临时的对象（G++的实现），因此，就算离开了当前作用域，在堆上同样有一个对象是抛出对象的副本。此时，根据捕捉端会有不同的行为：
由于传递指针在异常处理中通常是不合习惯的，因此，这里并不讨论传递指针。
如果捕捉端是以catch by value捕捉异常：
void catch_test()
{
try {
throw_test();
} catch(exception e) {
// exception handler
}
}就会调用拷贝构造函数对e进行构造。因此，如果以值捕捉异常，通常会有两次拷贝构造函数的调用。
如果捕捉端是以catch by reference捕捉对象：
void catch_test()
{
try {
throw_test();
} catch(exception& e) {
// exception handler
}
}就会将e绑定到那个堆上的临时对象。因此，引用传递只有一次拷贝构造函数的调用，而且，将一个基类的引用绑定到一个派生类的对象，该引用还可以使用多态的行为。
而如果以值来捕捉异常，抛出的是派生类的对象，捕捉时用的是基类的对象，此时，会发生对象切割，没有多态行为。（跟对象的参数传递类似）
这也验证了第1部分中最好以引用捕捉异常。
3 异常说明
异常说明是对一个函数抛出的异常的类型进行说明的一种方式，它能够表明该函数抛出哪些类型，在处理端就能够预料需要处理哪些异常。
异常说明通常有三种形式：
void func() throw (); //不抛出异常
void func() throw (type1, type2); //抛出类型为type1和type2的异常
void func(); //抛出任何类型的异常，网上有些文章说抛出任何类型的异常可以是void func() throw (...);但是在g++编译不通过
因此，在编写函数的时候，如果确定某个函数会抛出某个类型的异常，就可以加上异常说明来说明该函数抛出的异常类型。
当然，如果一切正常工作当然很好，函数抛出某种类型的异常，调用端就处理什么样的异常，但是，如果函数抛出的异常与函数的异常说明不符会发生什么情况呢？
如果函数抛出的类型与异常说明不符，就会调用一个特殊的函数unexpected()，它的默认行为是调用terminate()，而terminate()的默认行为是abort()，也就是如果一个函数违反了自己的异常说明，抛出与异常说明不符的异常，程序就会直接结束。
但是，异常说明通常是一个提示作用，告诉程序员该函数会抛出哪些异常，程序员在调用端需要处理哪些异常，如果函数常常抛出与异常说明不符的异常，那么，异常说明就没有用了，因为它完全起不到提示程序员的作用。
如下面的例子：
void catch_test(int x) throw (int)
{
if(x == 0) {
throw 3.0f;
}
throw 0;
}函数的异常说明是int，但是函数体中却抛出了float类型的异常，大家知道，异常通常是不能进行类型转换的，因此，如果程序调用了catch_test()，就会导致程序异常结束。
解决的办法有三种：
（1）修改异常说明。
（2）调用set_unexpected()修改函数抛出异常与异常说明不一致时的回调函数，将不一致的异常修改为统一的异常。
class unexpected_exception {
};
void convert_unexpected()
{
cout << "throw unexpected exception" << endl;
throw unexpected_exception();
}
void catch_test(int x) throw (int, unexpected_exception)
{
if(x == 0) {
throw 3.0f;
}
}
int main()
{
set_unexpected(convert_unexpected);
try {
catch_test(0);
} catch(int x) {
cout << x << endl;
} catch(unexpected_exception &x) {
cout << "catch unexpected exception" << endl;
}
}如上面代码所示，在main函数的开始，调用set_unexpected()将回调函数设置为convert_unexpected()，也就是说，当函数抛出的异常与异常说明类型不一致时，会调用convert_unexpected()，而在convert_unexpected()函数中，抛出一个unexpected_exception异常，因此，任何与异常说明不一致的异常都会重新抛出unexpected_exception类型的异常。
在主函数中对catch_test()进行异常检查，当catch_test()的参数是0时会抛出float类型的异常，与异常说明的int不一致，因此，当调用catch_test(0)时，会调用convert_unexpected()函数，它会重新抛出unexpected_exception异常，在catch时可以对它进行处理。
这里要注意的是，在函数的异常声明中同样要加上unexpected_exception类型，因此，这里只是将unexpected()进行了一个替换，做了一个转换而已。
（3）在替换unexpected函数的函数中重新抛出该异常，该异常会被作为标准异常bad_exception重新抛出。
class unexpected_exception {
};
void convert_unexpected()
{
cout << "throw unexpected exception" << endl;
throw;
}
void catch_test(int x) throw (int, bad_exception)
{
if(x == 0) {
throw 3.0f;
}
}
int main()
{
set_unexpected(convert_unexpected);
try {
catch_test(0);
} catch(int x) {
cout << x << endl;
} catch(bad_exception &x) {
cout << "catch unexpected exception" << endl;
}
}如上面代码所示，在回调函数convert_unexpected()中使用throw;重新抛出该异常，它会被转换为bad_exception标准异常重新抛出。
4 关于异常需要注意的问题：
（1）在大型项目中，函数的调用层次比较深，程序员根本无法预料某个函数会抛出哪些异常，因为，它所调用的函数抛出的异常也会转嫁到它自己。在这种情况下，调用unexpected()的几率大大增加，如果一个函数认为自己不抛出异常，但是它调用的函数会抛出异常，那么，就会有3中的不一致问题。
（2）将异常说明与模板结合不是一个好主意，因为，模板的行为多变，更加不可预料。
（3）使用异常还需要考虑异常的成本，使用try语句进行异常的测试，当离开try时某些对象要进行销毁，因此，程序必须记住try语句开始和结束的位置，以便进行合理的处理。使用throw抛出一个异常会在堆上建立一个临时的异常对象，编译器负责对它进行销毁。这都是异常处理需要考虑的成本。所以，当确定程序并不抛出异常时，坚决不用异常处理，只在万不得已的情况下，才使用异常处理。
参考资料：
More Effective C++ 第三章：异常