一、C語言傳統(tǒng)的處理錯(cuò)誤的方式

傳統(tǒng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制：

• 終止程序：如 assert，缺點(diǎn)是用戶難以接受，如發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤，除 0 錯(cuò)誤時(shí)就會(huì)終止程序。

• 返回錯(cuò)誤碼：缺陷是，需要程序員自己去查找錯(cuò)誤碼對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤，其次錯(cuò)誤碼需要層層返回，這就要求我們要去接收和檢查返回值。如系統(tǒng)的很多庫的接口函數(shù)都是通過把錯(cuò)誤碼放到 errno 中，表示錯(cuò)誤。

實(shí)際中 C 語言基本都是使用返回錯(cuò)誤碼的方式處理錯(cuò)誤，部分情況下使用終止程序處理非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

二、C++異常

異常是一種處理錯(cuò)誤的方式，當(dāng)一個(gè)函數(shù)發(fā)現(xiàn)自己無法處理的錯(cuò)誤時(shí)就可以拋出異常，讓函數(shù)的直接或間接調(diào)用者處理這個(gè)錯(cuò)誤。

• throw：當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí)，程序會(huì)拋出一個(gè)異常，這是通過使用 throw 關(guān)鍵字來完成的。

• catch：在想要處理問題的地方，通過異常處理程序捕獲異常，catch 關(guān)鍵字用于捕獲異常，可以有多個(gè) catch 進(jìn)行捕獲。

• try：try 塊中的代碼標(biāo)識(shí)將被激活的特定異常，它后面通常跟著一個(gè)或多個(gè) catch 塊。

如果有一個(gè)塊拋出一個(gè)異常，捕獲異常的方法會(huì)使用 try 和 catch 關(guān)鍵字，try 塊中放置可能拋出異常的代碼，try 塊中的代碼被稱為保護(hù)代碼。使用 try/catch 語句的語法如下所示：

try
{
  // 保護(hù)的標(biāo)識(shí)代碼
}catch( ExceptionName e1 )
{
  // catch 塊
}catch( ExceptionName e2 )
{
  // catch 塊
}catch( ExceptionName eN )
{
  // catch 塊
}

三、異常的使用

3.1 異常的拋出和捕獲

3.1.1 異常的拋出和匹配原則

• 異常是通過拋出對(duì)象而引發(fā)的，該對(duì)象的類型決定了應(yīng)該激活哪個(gè) catch 的處理代碼。

• 被選中的處理代碼是調(diào)用鏈中與該對(duì)象類型匹配且離拋出異常位置最近的那一個(gè)。

• 拋出異常對(duì)象后，會(huì)生成一個(gè)異常對(duì)象的拷貝，因?yàn)閽伋龅漠惓?duì)象可能是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，所以會(huì)生成一個(gè)拷貝對(duì)象，這個(gè)拷貝的臨時(shí)對(duì)象會(huì)在被 catch 以后銷毀（這里的處理類似于函數(shù)的傳值返回）。

• catch(…) 可以捕獲任意類型的異常，問題是不知道異常錯(cuò)誤是什么。

• 實(shí)際中拋出和捕獲的匹配原則有個(gè)例外，并不都是類型完全匹配，可以拋出派生類對(duì)象使用基類捕獲，這個(gè)在實(shí)際中非常實(shí)用，后面會(huì)進(jìn)行詳細(xì)講解。

小Tips：異?？梢話伋鋈魏晤愋偷膶?duì)象，即 throw 后面可以跟任意類型。異常拋出后如果沒有被捕獲，那么程序?qū)?huì)報(bào)錯(cuò)。沒有捕獲可能是因?yàn)轭愋筒黄ヅ鋵?dǎo)致沒有捕獲，也可能是壓根就沒有 catch 語句去捕獲。catch(…) 只能放在所有 catch 的最后。

3.1.2 在函數(shù)調(diào)用鏈中異常棧展開匹配原則

• 首先檢查 throw 本身是否在 try 塊內(nèi)部，如果是，再查找匹配的 catch 語句。如果有匹配的，則調(diào)到 catch 的地方進(jìn)行處理。

• 沒有匹配的 catch 則退出當(dāng)前函數(shù)棧幀，繼續(xù)在調(diào)用函數(shù)的棧幀中進(jìn)行查找匹配的 catch。

• 如果到達(dá) main 函數(shù)的棧幀，依舊沒有匹配的，則終止程序。上述這個(gè)沿著調(diào)用鏈查找匹配的 catch 子句的過程稱為棧展開。所以實(shí)際中我們最后都要加一個(gè)catch(…)捕獲任意類型的異常，否則當(dāng)有異常沒捕獲，程序就會(huì)直接終止。

• 找到匹配的 catch 字句并處理以后，會(huì)繼續(xù)沿著 catch 字句后面繼續(xù)執(zhí)行。

如上圖所示：有三個(gè)函數(shù) func1()、func2()、func3()。在 func2() 中調(diào)用 func1()，func3() 中調(diào)用 func2()，在 main() 中調(diào)用 func3()，并在 func1() 中拋出一個(gè)異常，在 main() 中用 catch 語句捕獲。

#include <iostream>
using namespace std;

double Division(int a, int b)
{
    // 當(dāng)b == 0時(shí)拋出異常
    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;
}

棧展開的過程如下：首先檢查 throw 本身是否在 try 塊內(nèi)部，如果是，再查找匹配的 catch 語句。如果有匹配的，則處理。如果沒有則退出當(dāng)前函數(shù)棧，繼續(xù)在調(diào)用函數(shù)的棧中進(jìn)行查找，不斷重復(fù)上述過程，若到達(dá) main 函數(shù)額的棧，依舊沒有找到匹配的，則終止程序。

3.2 異常的重新拋出

有可能單個(gè)的 catch 不能完全處理一個(gè)異常，在進(jìn)行一些校正后，希望在交給更外層的調(diào)用鏈函數(shù)來處理，catch 則可以通過重新拋出將異常傳遞給更上層的函數(shù)進(jìn)行處理。

double Division(int a, int b)
{
	// 當(dāng)b == 0時(shí)拋出異常
	if (b == 0)
	{
		throw "Division by zero condition!";
	}
	return (double)a / (double)b;
}
void Func()
{
	// 這里可以看到如果發(fā)生除0錯(cuò)誤拋出異常，另外下面的array沒有得到釋放。
	// 所以這里捕獲異常后并不處理異常，異常還是交給外面處理，這里捕獲了再
	// 重新拋出去。
	int* array = new int[10];
	try {
		int len, time;
		cin >> len >> time;
		cout << Division(len, time) << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "delete []" << array << endl;
		delete[] array;
		throw;
	}
	// ...
	cout << "delete []" << array << endl;
	delete[] array;
}
int main()
{
	try
	{
		Func();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	return 0;
}

小Tips：如上面的帶所示，在 Func() 層捕獲了異常之后，并沒有對(duì)異常進(jìn)行“處理”，而是將 array 進(jìn)行了釋放，然后再將異常重新拋出去。Func() 層如果不對(duì)異常進(jìn)行捕獲，那么在發(fā)生除零錯(cuò)誤后，array 指向的空間就不會(huì)被釋放，最終造成內(nèi)存泄漏。

3.3 異常安全

• 構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)象的構(gòu)造和初始化，最好不要在構(gòu)造函數(shù)中拋出異常，否則可能導(dǎo)致對(duì)象不完整或沒有完全初始化。

• 析構(gòu)函數(shù)主要完成資源的清理，最好不要在析構(gòu)函數(shù)中拋出異常，否則可能導(dǎo)致資源泄露（內(nèi)存泄漏、句柄未關(guān)閉等）。

• C++中異常經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致資源泄露的問題，比如在 new 和 delete 中拋出異常，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，在 lock 和 unlock 之間拋出了異常導(dǎo)致死鎖，C++經(jīng)常使用 RAII 來解決以上問題，關(guān)于 RAII 將在智能指針中為大家講解。

3.4 異常規(guī)范

• 異常規(guī)范說明的目的是為了讓函數(shù)使用者知道該函數(shù)可能拋出的異常有哪些?？梢栽诤瘮?shù)的后面接 throw（類型），列出這個(gè)函數(shù)可能拋出的所有異常類型。

• 函數(shù)的后面接 throw()，表示函數(shù)不拋異常。

• 若無異常接口聲明，則此函數(shù)可以拋出任何類型的異常。

// 這里表示這個(gè)函數(shù)會(huì)拋出A/B/C/D中的某種類型的異常
void fun() throw(A，B，C，D);
// 這里表示這個(gè)函數(shù)只會(huì)拋出bad_alloc的異常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
// 這里表示這個(gè)函數(shù)不會(huì)拋出異常
void* operator delete (std::size_t size, void* ptr) throw();
// C++11 中新增的noexcept，表示不會(huì)拋異常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

小Tips：C++11之后，一個(gè)函數(shù)如果不拋異常，就在其函數(shù)后面加上一個(gè) noexcept，如果不拋異常可以不做任何處理。

四、自定義異常體系

實(shí)際使用中，很多公司都會(huì)自定義自己的異常體系進(jìn)行規(guī)范的異常管理，因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目中如果大家隨意拋異常，那么外層的調(diào)用者基本就沒辦法玩了，所以實(shí)際中都會(huì)定義一套繼承的規(guī)范體系，這樣大家拋出的都是繼承自父類的派生類對(duì)象，捕獲一個(gè)基類就可以了。

// 服務(wù)器開發(fā)中通常使用的異常繼承體系
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("權(quán)限不足", 100, "select * from name = '張三'");
	}

	//throw "xxxxxx";

	cout << "執(zhí)行成功" << endl;
}

void CacheMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 5 == 0)
	{
		throw CacheException("權(quán)限不足", 100);
	}
	else if (rand() % 6 == 0)
	{
		throw CacheException("數(shù)據(jù)不存在", 101);
	}

	SQLMgr();
}

void HttpServer()
{
	// ...
	srand(time(0));
	if (rand() % 3 == 0)
	{
		throw HttpServerException("請(qǐng)求資源不存在", 100, "get");
	}
	else if (rand() % 4 == 0)
	{
		throw HttpServerException("權(quán)限不足", 101, "post");
	}

	CacheMgr();
}

int main()
{
	while (1)
	{
		Sleep(500);

		try {
			HttpServer();
		}
		catch (const Exception& e) // 這里捕獲父類對(duì)象就可以
		{
			// 多態(tài)
			cout << e.what() << endl;
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}

	return 0;
}

五、C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系

C++提供了一些列標(biāo)準(zhǔn)的異常，定義在 exception 中，我們可以在程序中使用這些標(biāo)準(zhǔn)的異常，它們是以父子類層次結(jié)構(gòu)組織起來的，如下所示：

小Tips：實(shí)際中我們可以通過去繼承 exception 類實(shí)現(xiàn)自己的異常類。但是實(shí)際中很多公司像上面一樣，自己定義一套異常繼承體系。因?yàn)?C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫設(shè)計(jì)的不夠好用。

int main()
{
	try 
	{
		vector<int> v(10, 5);
		// 這里如果系統(tǒng)內(nèi)存不夠也會(huì)拋異常
		v.reserve(1000000000);
		// 這里越界會(huì)拋異常
		v.at(10) = 100;
	}
	catch (const exception& e) // 這里捕獲父類對(duì)象就可以
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

六、異常的優(yōu)缺點(diǎn)

6.1 優(yōu)點(diǎn)

• 異常對(duì)象定義好了，相比錯(cuò)誤碼的方式可以清晰準(zhǔn)確的展示出錯(cuò)誤的各種信息，甚至可以包含堆棧調(diào)用的信息，這樣可以幫助更好的定位程序的 bug。

• 很多的第三方庫都包含異常，比如 boost、gtest、gmock 等等常用的庫，那么我們使用他們也需要使用異常。

• 部分函數(shù)使用異常更好處理，比如構(gòu)造函數(shù)沒有返回值，不方便使用錯(cuò)誤碼的方式處理。比如 T& operator[ ] 這樣的函數(shù)，如果 pos 越界了只能使用異?；蛘呓K止程序處理，沒辦法通過返回值表示錯(cuò)誤。

• 返回錯(cuò)誤碼的傳統(tǒng)方式有個(gè)很大的問題就是，在函數(shù)調(diào)用鏈中，深層的函數(shù)返回了錯(cuò)誤，那么我們得層層返回錯(cuò)誤，最外層才能拿到錯(cuò)誤，具體看下面的詳細(xì)解釋。

 // 1.下面這段偽代碼我們可以看到ConnnectSql中出錯(cuò)了，先返回給ServerStart，
//ServerStart再返回給main函數(shù)，main函數(shù)再針對(duì)問題處理具體的錯(cuò)誤。
// 2.如果是異常體系，不管是ConnnectSql還是ServerStart及調(diào)用函數(shù)出錯(cuò)，都不用檢查，因
//為拋出的異常異常會(huì)直接跳到main函數(shù)中catch捕獲的地方，main函數(shù)直接處理錯(cuò)誤。
int ConnnectSql()
{
    // 用戶名密碼錯(cuò)誤
    if (...)
        return 1;

    // 權(quán)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;
}

6.2 缺點(diǎn)

• 異常會(huì)導(dǎo)致程序的執(zhí)行流亂跳，并且非常的混亂，并且是運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)拋異常就會(huì)亂跳。這會(huì)導(dǎo)致我們跟蹤調(diào)試時(shí)以及分析程序時(shí)，比較困難。

• 異常會(huì)有一些性能的開銷（拋出異常后，會(huì)生成一個(gè)異常對(duì)象的拷貝）。當(dāng)然在現(xiàn)代硬件速度很快的情況下，這個(gè)影響基本忽略不計(jì)。

• C++沒有垃圾回收機(jī)制，資源需要自己管理，有了異常非常容易導(dǎo)致內(nèi)存泄漏、死鎖等異常安全問題。這個(gè)需要使用 RAII 來處理資源的管理問題。學(xué)習(xí)成本較高。

• C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系定義的不好，導(dǎo)致大家各自定義各自的異常體系，非常的混亂。

• 異常盡量規(guī)范使用，否則后果不堪設(shè)想，隨意拋異常，外層捕獲的用戶苦不堪言。所以異常規(guī)范有兩點(diǎn)：一是：拋出的異常類型都繼承自一個(gè)基類；二是：函數(shù)是否拋異常、拋什么異常，都使用 func() throw(); 的方式規(guī)范化。

總結(jié)：異常總體而言，利大于弊，所以工程中我們還是鼓勵(lì)使用異常的。另外 OO 的語言基本都是用異常處理錯(cuò)誤，這也可以看出這是大勢(shì)所趨。

七、結(jié)語

以上就是一文總結(jié)C++中的異常的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++異常的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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