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C++进阶篇7---异常

article 2024/11/19 18:42:49

一、异常的介绍

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来处理这个错误。

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 块中的代码标识将被激活的特定异常,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
}
当try中的代码出现异常时，会被catch捕获，并执行相关的处理语句

二、异常的使用

1.异常的抛出和捕获

通过上图我们会发现，异常的捕获是严格按照类型的，如果类型不匹配，即使抛了异常也不会被处理，所以为了防止这种情况导致的程序崩溃，我们可以用catch(...)用来捕获任意类型的异常，当然这里的类型匹配，也可以是父子类的关系，即子类可以被父类捕获(很实用)

通过上图，我们发现，throw语句如果执行，那么在它下面的语句就不会执行，它会直接跳到捕获了该异常的地方继续执行代码，且catch里的语句执行完之后会接着往后执行代码，而不会跳到抛出异常的地方往后执行 (这里注意，如果有多处地方都能捕获该异常，则该异常会被离他最近的catch捕获，符合就近原则)

总结：

异常的抛出和匹配原则

1. 异常是通过抛出对象而引发的，该对象的类型决定了应该激活哪个catch的处理代码。

2. 被选中的处理代码是调用链中与该对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那一个。

3. 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。（这里的处理类似于函数的传值返回）

4. catch(...)可以捕获任意类型的异常，问题是不知道异常错误是什么。

5. 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，这个在实际中非常实用。

在函数调用链中异常栈展开匹配原则

1. 首先检查throw本身是否在try块内部，如果是再查找匹配的catch语句。如果有匹配的，则调到catch的地方进行处理。

2. 没有匹配的catch则退出当前函数栈，继续在调用函数的栈中进行查找匹配的catch。

3. 如果到达main函数的栈，依旧没有匹配的，则终止程序。上述这个沿着调用链查找匹配的catch子句的过程称为栈展开。所以实际中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。

4. 找到匹配的catch子句并处理以后，会继续沿着catch子句后面继续执行。

2.异常的重新抛出

在上诉场景中，由于异常的抛出可能导致某些释放资源的语句不能执行，所以需要在处理该异常之前，将其捕获，从而手动释放资源，再将异常抛出，交由相应的catch语句处理，当然这个不是主要的解决方案，一旦new的资源多了，代码量就会变大，具体的得看智能指针

3.异常安全

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)
C++中异常经常会导致资源泄漏的问题，比如在new和delete中抛出了异常，导致内存泄漏，在lock和unlock之间抛出了异常导致死锁，C++经常使用RAII来解决以上问题，关于RAII我们智能指针这节进行讲解。

4.异常规范

// 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;

1. 异常规格说明的目的是为了让函数使用者知道该函数可能抛出的异常有哪些。可以在函数的后面接throw(类型)，列出这个函数可能抛掷的所有异常类型。

2. 函数的后面接throw()，表示函数不抛异常。

3. 若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常

注意：这里的规范只是规范而已，也就是说throw()里写的异常，和没写的异常都有可能被抛出，编译器不做强制检查，但是C++11的noexcept一旦写了，就不允许在抛出异常了，否则会运行报错

三、自定义异常体系

这个其实在公司里用的比较多，因为一个项目中如果大家随意抛异常，那么外层的调用者基本就没办法玩了，所以实际中都会定义一套继承的规范体系。这样大家抛出的都是继承的派生类对象，捕获一个基类就可以了。

四、C++标准库的异常体系

说明：实际中我们可以去继承exception类实现自己的异常类。但是实际中很多公司会自己定义一套异常继承体系。因为C++标准库设计的不够好用

五、异常的优缺点

优点

1.异常能帮助我们更好的定位和解决bug，相比于错误码，它能够清晰的展示出各种错误信息

2.返回错误码的传统方式，需要一层一层返回这个错误码，也就是说每一层都需要针对错误码进行判断然后返回，而异常会直接跳到相应的catch语句

3.很多第三方库都包含异常，如boost、gtest、gmock等等常用的库

4.部分函数更适合用异常来处理，比如构造函数，析构函数这类没有返回值的函数，等等

缺点

1.异常会导致程序的运行不按照正常的顺序执行，不停的在各个函数之间跳跃，导致我们跟踪调试及分析程序时比较困难

2.异常会有一些性能开销

3.C++中申请的资源需要自己管理，有了异常会容易导致内存泄漏、死锁等问题，需要用智能指针处理管理资源问题

4.C++标准库的异常体系定义得不好，导致大家都选择使用自己定义的异常体系

总结：异常总体来说，利大于弊。