C++中的错误处理

C++中的错误处理

转自:http://www.frontfree.net/view/article_755.html

原创：monkeyfu

处理在程序的运行时刻发生的错误，对于任何一个程序设计者来讲都是不陌生的。对于错误的处理，我们有很多方法，本篇着重介绍的是C++中的错误异常处理。

在介绍C++中的错误异常处理之前，我们先来看一下常用的错误处理方式。

1.返回值	可以说这是最常用的错误处理方式之一，但其存在着一个致命的问题。就是返回值的检查与否是由调用者主动控制的。如果调用者不检查返回值，那也没有任何 机制能够强迫他这么做。再一个，考虑在C++中参数表相同而返回值不同的重载情况。在这种情况下，如果调用者不检查返回值的话，编译器根本不清楚应该调用哪个函数。
2.全局状态标示符	这种办法同返回值一样，也是需要调用者主动检查的。并且由于其是全局的，因此在多线程程序中，还必须保证它的线程安全性，必须要让检查者知道这是谁的返回值。
3.setjmp()/longjmp()	你完全可以将longjmp()当成远程的goto语句进行调用(goto语句只能左右于本地函数里）。但这个函数却存在着很大甚至是致命的危险。暂且放下该函数会破坏结构化程序设计风格不说。其一，longjmp()只能处理int型的异常。其二，也就是最致命的一点就是，longjmp()不会调用析构函数，而C++的 异常处理机制却会完成这个事情。因此，在C++中，千万不要使用setjmp()、longjmp()函数。
4.断言	对于断言(Assert)，其仅仅是在Debug版本中起作用，在Release中其是不存在的。另外断言与我们通常所说的错误处理方式不同，他是用来处理我们可能会发生这个错误，并能够避免的这种情况。

在介绍过上面那些存在问题的错误处理方式后，现在让我们来看看C++中的异常机制是如何处理错误的。首先说，C++的异常处理不会像上面提到的那些方法一样，必须是调用着主动检查。因为在C++中，一旦抛出(throw)一个异常，而程序不捕获(catch)的话，那么最终的结果就是abort()函数被调用，使得程序被终止。

下面我们来看一下C++异常处理（以下称EH）的基本语法和语意。
其引入了3个关键字，分别是:

catch, throw, try

throw

异常由throw抛出，其格式为

throw [expression]

函数在定义时通过异常规格申明定义其会抛出什么类型的异常，其格式为：

throw([type-ID-list])

type-ID-list是一个可选项，其中包括了一个或多个类型的名字，它们之间以逗号分隔。

例如:

void func() throw(int, some_class_type)

则表明会抛出int和some_class_type类型异常。

对于一个空的异常规格申明，表示不抛出任何异常。
如:

void func() throw(...)

而如果函数没有异常规格申明，则表示会抛出任何类型的异常。
不过这里存在一种情况，例如:

void func() throw(int) //指明抛出int型异常 { ... subfunc(); //但可能从这里抛出非int型异常 ... }

try -- catch

try块中的异常处理函数对异常进行捕获。其可以包含一个或多个处理函数，其形式如下：

catch (exception-declaration) compound-statement

处理函数的异常申明指明了其要捕获什么类型的异常。
对于异常申明其可以是无名的，例如:catch(char *)，其表明会捕获一个char *类型异常，但由于是无名的，因此不能对其进行操作。另外异常申明也可以存在如下形式:catch(...)，其表明会捕获任何类型的异常。

举例：

void func() throw(int, some_class_type) {     int i;     ........     throw i;     ........ } int main() {     try     {         func();     }     catch(int e)     {         //处理int型异常     }     catch(some_class_type)     {         //处理some_class_type型异常     }     .......     return 0; }

从上面的例子可以看出，当函数抛出异常时，throw后面要带一个抛出的对象。但这并不是必须的，例如：

catch(int e) {     .......     throw; }

throw后面没有接任何对象，这表明throw会再次抛出已存在的异常对象，因此其必须位于catch块中。

下面介绍一些C++提供的标准异常

namespace std { //exception派生 class logic_error; //逻辑错误,在程序运行前可以检测出来 //logic_error派生 class domain_error; //违反了前置条件 class invalid_argument; //指出函数的一个无效参数 class length_error; //指出有一个超过类型size_t的最大可表现值长度的对象的企图 class out_of_range; //参数越界 class bad_cast; //在运行时类型识别中有一个无效的dynamic_cast表达式 class bad_typeid; //报告在表达试typeid(*p)中有一个空指针p //exception派生 class runtime_error; //运行时错误,仅在程序运行中检测到 //runtime_error派生 class range_error; //违反后置条件 class overflow_error; //报告一个算术溢出 class bad_alloc; //存储分配错误 }

在C++标准库头文件<exception>中申明了几个EH类型和函数，它们是：

namespace std { //EH类型 class bad_exception; class exception; typedef void (*terminate_handler)(); typedef void (*unexpected_handler)(); // 函数 terminate_handler set_terminate(terminate_handler) throw(); unexpected_handler set_unexpected(unexpected_handler) throw(); void terminate(); void unexpected(); bool uncaught_exception(); }

exception	是所有标准库抛出的异常的基类。
uncaught_exception()	函数在异常被抛出却没有被捕获时返回true，其它情况返回false
terminate()	在异常处理陷入了不可恢复状态，如：重入时被调用。
unexpected()	在函数抛出一个没有在“异常规格申明”中申明的异常时被调用。

运行库提供了缺省terminate_handler()和unexpected_handler()函数处理对应的情况。你可以通过set_terminate()和set_unexpected()函数替换库的默认版本。这两个函数，其可以获取不带输入输出参数的函数，并且该函数会返回原terminate或者unexpected函数的地址指针。以便在使用中调用或者以后的恢复。另外，在terminate ()中。其必须不返回或者抛出异常。

在介绍了EH的基本知识后让我们来看看EH是如何工作的。

一般来说当发生函数调用的时候，都会进行诸如，保存寄存器值，参数压栈，创建被调函数堆栈等保护现场的工作，而在函数返回的时候则会进行与此相反的恢复现场的工作。

这样，当一个异常发生时，程序会在异常点处停止，然后开始搜索异常处理函数，其过程同函数返回相同，延调用栈向上搜索，直到找到一个与异常对象类型像匹配的异常申明，并进行相应的异常处理函数，在异常处理结束后，程序跳到异常处理函数所在try快最接近的下面一条语句开始执行。如果没有找到合适的异常申明，则最终会调用std :: unexpected()，并在其中调用std:terminate()直到abort()，程序被终止。

这也就意味着C++对于异常处理的模式始终是终止的。

例如:

#include <iostream.h> static void func(int n) { 　　if (n) 　　throw 100; } extern int main() { 　　try { func(1); cout<<"程序不会执行到这里"<<endl; } catch(int) { cout<<"捕获一个int型异常"<<endl; } catch(...) { cout<<"捕获任意类型异常"<<endl; } 　　cout<<"继续执行"<<endl; return 0; }

该程序在运行时会打印如下信息：

捕获一个int型异常
捕获任意类型异常


至于异常处理的另一种模式恢复模式。可以通过循环检测直到结果满意为止。但在实际中，往往产生异常的地方与异常处理函数距离可能会比较远，在这种情况下恢复模式就不那么可行了。

虽然，在异常处理延调用栈向上走的过程中回析构所有栈上的对象，但其并不会对堆中的对象进行处理，这样将会引起严重的资源泄露问题。

例如：

void func() {     testclass *p = new testclass();     ...     test(p); //这里会抛出异常     ...     delete p; //在抛出异常后，这里不会被执行，因此会导致内存泄露问题。 }

为了解决这个问题，C++提供了std::auto_ptr模板。其原理就是，将指针用一个栈上的模版实例保护起来，当发生异常的时候，模版会被析构，在析构函数中指针也就被delete了。

例如:

void func() {     std::auto_ptr<testclass> p(new testclass());     ...     test(p.get());     ... }

另外，在构造函数中抛出异常并不会引发析构函数。这一点要十分注意。因为这也会产生资源泄露问题。

例如：

class test { public: test() { c = new char[10]; throw -1;} ~test() {delete c;} 　　private: char *c; }; void proc() { try{ test t; } catch(int) { ....... } }

由于异常是在test的构造函数中产生的，因此其不会引发其析构函数的调用。于是就如程序所示，产生了内存泄露问题。对于这种问题，最好的解决办法还是使用auto_ptr。

对于析构函数，则不要在其中抛出异常。其原因在于析构函数会在其他异常抛出时被调用，这样就会引发异常的重入问题，进而导致terminate()被调用。如果在析构函数中真要抛出异常，如：析构函数调用的函数会抛出异常等，则必须在该析构函数内将其捕获。

前面说到要“找到一个与异常对象类型像匹配的异常申明”。事实上，这种匹配并不要求的十分准确。
考虑如下例子：

#include <iostream.h> class base { public: virtual void what() { cout << "base" << endl; } }; class derived: public base { public: void what() { cout << "derived" << endl; } }; void f() { throw derived(); } main() { try { f(); } catch(base b) { b.what(); } 　　　try { f(); } catch(base& b) { b.what(); } }

其显示结果为：

base
derived

为什么会这样呢。因为如果异常抛出一个派生类对象，而恰好又其基类所捕获到。那么该对象会被做"切片"处理。也就是说相对于基类，派生元素会被割下。在例子中derived的vptr会被设为base的virtual table。因此虚函数what就会呈现出这种行为。而当通过引用捕获时，得到的仅仅是其地址，对象不会被做切片处理。vptr因此也就不会发生变化，所以what仍然呈现出来derived的行为。

因此，这也就提醒我们将基类处理放在最后，在实际中更有意义。因为这样可以尽可能的在前面的处理中保存信息。