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【无标题】c++异常机制的一些总结以及思考

article 2024/11/17 1:14:09

在谈及c++处理异常机制的方法之前我们不妨来回顾一下c语言是如何应对这块的。

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

如果用assert直接终止程序运行未免也太过粗暴，而且如果单单报错误码我们其实很难看出问题在哪里，所以c++11为了对于这块做出更好的处理补充了新的特性。

1.c++异常概念

1.1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

1.2三个基础用法关键词

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。

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 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码,它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

try
{
  // 保护的标识代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
  // catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
  // catch 块
}catch( ExceptionName eN )
{
  // catch 块
}

2.异常的使用机制

2.1捕获或抛出遵守的一些规则

首先异常是抛出对象或者普通变量而引发的，此对象的类型决定了应该激活哪个catch处理板块的代码，当两个对象类型一致的时候，看throw与哪个catch近就调用哪个catch。

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。

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。

2.2异常调用链中函数栈展开的匹配原则

在这里插入图片描述

double Division(int a, int b)
{
    // 当b == 0时抛出异常
 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;           //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。
   }
 return 0;
}

2.3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。

例子：

  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 (...)
 {
 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;
}

2.3异常的安全以及规范

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)

// 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 delete (std::size_t size, void* ptr) throw();
// C++11 中新增的noexcept，表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

3.c++标准库的异常标准体系

其实实际当中个公司都会有一套自己的异常体系，进行规范的异常管理，往往抛出的异常为继承的派生类对象，这样捕获的时候用基类就可以了

而C++ 提供了一系列标准的异常，定义在中，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：

在这里插入图片描述

当然因为这套体系设计的不够好所以我们很少会用到它

4.异常的优缺点

4.1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。
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。

4.2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。

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