C++进阶：异常-平芜编程栈

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1. 异常的概念及使用

1.1 异常的概念

1.2 异常的抛出和捕捉

1.3 栈展开

1.4 查找匹配的处理代码

1.5 异常重新抛出

1.6 异常安全问题

1.7 异常规范

2. 标准库的异常

1. 异常的概念及使用

1.1 异常的概念

异常处理机制允许程序中独立开发的部分能够在运行时就出现的问题进行通信并做出相应的处理。异常使得我们能够将问题的检测与解决问题的过程分开，程序的一部分负责检测问题的出现，然后解决问题的任务传递给程序的另一部分，检测环节无须知道问题的处理模块的所有细节。

1.2 异常的抛出和捕捉

1）、程序出现问题时，我们通过抛出（throw）一个对象来引发一个异常，该对象类型以及当前的调用链决定了应该由哪个catch的处理代码来处理该异常。

2）、被选中的处理代码是调用链中与该对象类型匹配的、并且离抛出异常位置最近的那一个。根据抛出对象的类型和内容，程序的抛出异常部分告知异常处理部分到底发生了什么错误。

double Divide(int a, int b) { try { // 当b == 0时抛出异常 if (b == 0) { string s("Divide by zero condition!"); throw s; // 跳到main函数的catch块中，Func中catch捕获的类型不是string，所以不会被捕获 } else { return ((double)a / (double)b); } } catch (int errid) { cout << errid << endl; } return 0; } void Func() { int len, time; cin >> len >> time; try { cout << Divide(len, time) << endl; } catch (const char* errmsg) { cout << errmsg << endl; } cout << __FUNCTION__ << ":" << __LINE__ << "行执行" << endl; // 打印函数名和行号 } int main() { while (1) { try { Func(); } catch (const string& errmsg) { cout << errmsg << endl; } catch (...) // 捕获任意类型的异常，未知异常，防止程序挂了（如果异常没有捕获，程序会挂） { cout << "Unknown exception!" << endl; } } return 0; }

3）、当throw执行时，throw后面的语句将不再被执行。程序的执行从throw位置跳到与之匹配的catch模块，catch可能是同一函数的一个局部的catch，也可能是调用链中另一个函数中的catch。

4）、抛出异常对象后，会产生一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象可能是一个局部对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝对象会在catch子句后销毁。（类似于函数的传值返回）

1.3 栈展开

1）、抛出异常后，程序暂停当前函数的执行，开始寻找与之匹配的catch子句，首先检查throw本身是否在try块内部，如果在则查找匹配的catch语句，有匹配的则跳到catch的地方进行处理。

2）、如果当前函数中没有try/catch子句，或者有try/catch子句但是类型不匹配，则退出当前函数，继续在外层调用函数链中查找，上述查找的catch过程被称为栈展开。

3）、如果到达main函数，依旧没有找到匹配的catch子句，程序会调用标准库的terminate函数终止程序。

1.4 查找匹配的处理代码

1）、一般情况下抛出对象和catch是类型完全匹配的，如果有多个类型匹配的，就选择离他位置最近的那个。

2）、有一些例外：允许非常量向常量的类型转换，也就是权限缩小；允许数组转换成数组元素类型的指针，函数被转换成指向函数的指针；允许从派生类向基类类型的转换。

3）、如果到main函数，异常仍然没有被匹配就会终止程序。不是发生严重错误的情况下，我们是不期望程序终止的，所以一般main函数中最后都会使用catch(...)，它可以捕获任意类型的异常，但是不知道异常错误是什么。

// ⼀般⼤型项⽬程序才会使⽤异常，下⾯我们模拟设计⼀个服务的⼏个模块 // 每个模块的继承都是Exception的派⽣类，每个模块可以添加⾃⼰的数据 // 最后捕获时，我们捕获基类就可以 class Exception { public: Exception(const string& errmsg, int id) :_errmsg(errmsg) , _id(id) { } virtual string what() const { return _errmsg; } int getid() const { return _id; } 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 HttpException : public Exception { public: HttpException(const string& errmsg, int id, const string& type) :Exception(errmsg, id) , _type(type) { } virtual string what() const { string str = "HttpException:"; str += _type; str += ":"; str += _errmsg; return str; } private: const string _type; }; void SQLMgr() { if (rand() % 7 == 0) { throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'"); } else { cout << "SQLMgr 调用成功" << endl; } } void CacheMgr() { if (rand() % 5 == 0) { throw CacheException("权限不足", 100); } else if (rand() % 6 == 0) { throw CacheException("数据不存在", 101); } else { cout << "CacheMgr 调用成功" << endl; } SQLMgr(); } void HttpServer() { if (rand() % 3 == 0) { throw HttpException("请求资源不存在", 100, "get"); } else if (rand() % 4 == 0) { throw HttpException("权限不足", 101, "post"); } else { cout << "HttpServer调用成功" << endl; } CacheMgr(); } int main() { srand(time(0)); while (1) { this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1)); try { HttpServer(); } catch (const Exception& e) // 这⾥捕获基类，基类Exception对象和其派⽣类对象都可以被捕获 { // 多态调用 cout << e.what() << endl; } catch (...) { cout << "Unkown Exception" << endl; } } return 0; }

1.5 异常重新抛出

有时catch到一个异常对象后，需要对错误进行分类，其中的某种错误需要进行特殊的处理，其他错误则重新抛出异常给外层调用链处理。捕获异常后需要重新抛出，直接throw，就可以把捕获的对象直接抛出。

// 下⾯程序模拟展⽰了聊天时发送消息，发送失败补货异常，但是可能在 // 电梯地下室等场景⼿机信号不好，则需要多次尝试，如果多次尝试都发 // 送不出去，则就需要捕获异常再重新抛出，其次如果不是⽹络差导致的 // 错误，捕获后也要重新抛出。 void _SeedMsg(const string& s) { if (rand() % 2 == 0) { throw HttpException("⽹络不稳定，发送失败", 102, "put"); } else if (rand() % 7 == 0) { throw HttpException("你已经不是对象的好友，发送失败", 103, "put"); } else { cout << "发送成功" << endl; } } void SendMsg(const string& s) { // 发送消息失败，则再重试3次 for (size_t i = 0; i < 4; i++) { try { _SeedMsg(s); break; } catch (const Exception& e) { // 捕获异常，if中是102号错误，⽹络不稳定，则重新发送 // 捕获异常，else中不是102号错误，则将异常重新抛出 if (e.getid() == 102) { // 重试三次以后否失败了，则说明⽹络太差了，重新抛出异常 if (i == 3) throw; cout << "开始第" << i + 1 << "重试" << endl; } else { // 重新抛出异常，交给上层处理 throw; } } } } int main() { srand(time(0)); string str; while (cin >> str) { try { SendMsg(str); } catch (const Exception& e) { cout << e.what() << endl << endl; } catch (...) { cout << "Unkown Exception" << endl; } } return 0; }

1.6 异常安全问题

1）、异常抛出后，后面的代码就不再执行，前面申请了资源（内存、锁等），后面进行释放，但是中间可能会抛异常就会导致资源没有释放，这里由于异常就引发了内存泄漏，产生安全性的问题。所以中间我们需要捕获异常，释放资源后再重新抛出，当然也可以通过智能指针解决这个问题。

2）、在析构函数中，如果抛出异常也要谨慎处理，比如析构函数要释放10个资源，释放到第5个时抛出异常，则也需要捕获处理。

double Divide(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，异常还是交给外层处理，这⾥捕获了再 // 重新抛出去。 int* array = new int[10]; try { int len, time; cin >> len >> time; cout << Divide(len, time) << endl; } catch (...) { // 捕获异常释放内存 cout << "delete []" << array << endl; delete[] array; throw; // 异常重新抛出，捕获到什么抛出什么 } cout << "delete []" << array << endl; delete[] array; } int main() { try { Func(); } catch (const char* errmsg) { cout << errmsg << endl; } catch (const exception& e) { cout << e.what() << endl; } catch (...) { cout << "Unkown Exception" << endl; } return 0; }

1.7 异常规范

1）、对于用户和编译器而言，预先知道某个程序会不会抛出异常大有裨益，知道某个函数是否会抛出异常有助于简化调用函数的代码。

2）、C++98中函数参数列表的后面接throw()，表示函数不抛异常，函数参数列表的后面接throw(类型1，类型2...)表示可能会抛出多种类型的异常，可能会抛出的类型用逗号分割。

3）、C++98的方式过于复杂，实践中并不好用，C++11中进行了简化，函数参数列表后面加noexcept表示不会抛出异常，啥都不加表示可能会抛出异常。

4）、noexcept(expression)还可以作为一个运算符去检测一个表达式是否会抛出异常，可能会则返回false，不会就返回true。

// C++98 // 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 size_type size() const noexcept; iterator begin() noexcept; const_iterator begin() const noexcept;