目录一异常的概念二异常的抛出和捕获2.1抛出的异常应当由对应的捕获类型捕获2.2异常抛出根据就近原则2.3异常抛出后到被捕获前的代码全部失效2.4异常抛出会生成异常拷贝对象2.5栈展开——异常捕捉的原理三查找匹配的处理代码3.1基于派生类向基类类型的转换的异常捕捉机制四异常重新抛出五异常安全问题六异常规范七标准库的异常一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对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将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。C语言主要通过错误码的形式处理错误错误码本质就是对错误信息进行分类编号拿到错误码以后还要去查询错误信息比较麻烦。异常时抛出一个对象这个对象可以比函数更全面的各种信息。二异常的抛出和捕获2.1抛出的异常应当由对应的捕获类型捕获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的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。捕获异常实际上也可以走移动构造)我们举个例子就明白了#includeiostream using namespace std; int ExceptionofDivision(int x,int y) { //如果除数为0则抛出异常 if (y 0) { //抛出一个string类型的异常 const string error_div Divisor cannot be zero; throw error_div; } return x / y; } void Test() { //no error int x 10; int y 20; coutExceptionofDivision(10, 20)endl; //error int z 0; cout ExceptionofDivision(x, 0) endl; } int main() { try { //什么地方抛出来的 Test(); } //捕获抛出的异常 捕获类型string catch (const string errormessage) { //打印捕获的异常 cout errormessage endl; } //类型不同不会捕获 catch (const int errormessage) { cout errormessage endl; } //类型不同不会捕获 catch (const char* errormessage) { cout errormessage endl; } return 0; }2.2异常抛出根据就近原则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。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。当然如果找到匹配的 catch 子句处理后catch 子句代码会继续执行。#includeiostream using namespace std; int ExceptionofDivision(int x,int y) { try { if (y 0) { const string error_div Divisor cannot be zero; throw error_div; } } //就近捕获 catch (const string errormessage) { cout errormessage endl; } return x / y; } void Test() { //no error int x 10; int y 20; coutExceptionofDivision(10, 20)endl; //error int z 0; cout ExceptionofDivision(x, 0) endl; } int main() { try { Test(); } //不会捕获 catch (string errormessage) { cout errormessage endl; } return 0; }2.3异常抛出后到被捕获前的代码全部失效当 throw 执行时throw 后面的语句将不再被执行。程序的执行从 throw 位置跳转到与之匹配的 catch 模块catch 可能是同一函数中的一个局部的 catch也可能是调用链中另一个函数中的 catch控制权从 throw 位置转移到了 catch 位置。这里还有两个重要的含义沿着调用链的函数可能提早退出。一旦程序开始执行异常处理程序沿着调用链创建的对象都将销毁。栈帧正常销毁对象正常析构。#includeiostream using namespace std; int ExceptionofDivision(int x,int y) { string str new string(1232456);//抛出异常后堆上的内存发生内存泄漏这里简单一提后面讲RAII的时候再给出解决方案 int tmp01 1;//抛出异常后栈上的内存释放 //try //{ if (y 0) { const string error_div Divisor cannot be zero; throw error_div; } //} /*catch (const string errormessage) { cout errormessage endl; }*/ //抛出异常后不会执行 cout common runing endl; return x / y; } void Test() { //no error int x 10; int y 20; coutExceptionofDivision(10, 20)endl; //error int z 0; cout ExceptionofDivision(x, 0) endl; } int main() { try { Test(); } //抛出异常后直接跳转到该位置 catch (string errormessage) { cout errormessage endl; } return 0; }一个有趣的代码永远无法执行的cout执行它就必须引发异常而抛出异常后必然不能执行它。2.4异常抛出会生成异常拷贝对象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局部对象所以会生成一个拷贝对象这个拷贝的对象会在 catch 子句后销毁。这里的处理类似于函数的传值返回2.5栈展开——异常捕捉的原理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 块内部如果有则查找匹配的 catch 语句如果有匹配的则跳到 catch 的地方进行处理。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。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。调用标准库的 terminate 函数终止程序是很严重的说明你的程序挂掉了。在公司中因为这种低级错误而让整个产品挂掉是重大事故。如果到 main 函数异常仍旧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是不知道异常错误是什么。就是说你发一个信息没发出去直接闪退异常未捕获时闪退的一种结果。这样显然不行的。而应该是返回消息当前网络不好等等。异常捕获int main() { try { Test(); } catch (int errormessage) { cout errormessage endl; } catch (...)//未知异常//兜底 { cout Unknown Exception endl; } return 0; }三查找匹配的处理代码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它位置更近的那个。但是也有一些例外允许从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指向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这个点非常实用实际中继承体系基本都是用这种方式设计的。3.1基于派生类向基类类型的转换的异常捕捉机制设想一个场景张三李四王二麻组成一个项目组张三负责数据库李四负责缓存王二麻负责网络。张三想要抛这样的异常李四想要抛那样的异常王二麻抛出的异常和前两者都不相同。那么异常捕获的时候就必须写各种各样的捕获。非常麻烦而且不利于代码的维护。于是三人想出来一种设计方式基于派生类向基类类型的转换的异常捕捉机制。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。代码着实有些长以下是一张图来辅助理解然后再看代码#include thread //设计一种Exception类。 //如果想要抛出一种个性化的异常类型 //又想要被 exception catch 捕获 //就可以写一个 xxxExceptin 类来继承 //然后抛出的时候就抛出这个 xxxExceptin class Exception { public: Exception(const string errmsg, int id)//构造父类异常 :_errmsg(errmsg) , _id(id) {} virtual string what() const//获取错误信息 { return _errmsg; } int getid() const//获取错误码 { return _id; } protected: string _errmsg;//错误信息 int _id;//错误码 }; //数据库相关异常 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;//获取异常信息返回抛异常抛了什么异常 } private: const string _sql;//数据库异常特殊信息 }; //缓存相关的异常 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; } }; //网络相关异常 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//我不可能满足所有人的异常抛出需求所以我只写这两个 { HttpServer(); } catch (const Exception e) // 这里捕获基类基类对象和派生类对象都可以被捕获 { cout e.what() endl; } catch (...) { cout Unknown Exception endl; } } return 0; }这里讲的就是一个实践的规范虽然你可以去抛出任何一种类型的异常但是实践当中还是要遵行这种规范。四异常重新抛出生活中的场景发送一个消息消息发不出去会在那里转圈——这不是正在发送消息而是正在反复尝试。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异常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捕获异常但是可能在 // 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。 // 模拟一次“发送消息”的底层行为可能成功也可能失败并抛异常 void _SeedMsg(const string s) { // 50%概率模拟网络不稳定错误码102 if (rand() % 2 0) { throw HttpException(网络不稳定发送失败, 102, put); } // 约1/7概率模拟对方已不是好友错误码103 else if (rand() % 7 0) { throw HttpException(你已经不是对象的好友发送失败, 103, put); } else { // 正常发送成功 cout 发送成功 endl; } } // 对外提供的发送接口带“失败重试机制” void SendMsg(const string s) { // 发送消息失败则再重试3次总共最多尝试4次0,1,2,3 for (size_t i 0; i 4; i) { try { // 尝试发送一次可能抛异常 _SeedMsg(s); // 如果没有抛异常说明发送成功直接跳出循环 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 // 判断是否为“可重试错误”网络问题 if (e.getid() 102) { // 如果已经是最后一次第4次尝试仍失败 // 说明网络持续异常不再处理直接向上抛出 if (i 3) throw; // 否则提示当前是第几次重试 cout 开始第 i 1 重试 endl; } else { // 非网络问题如不是好友属于逻辑性错误 // 无法通过重试解决直接向上抛出 throw; } } } } int main() { // 初始化随机种子保证每次运行结果不同 srand(time(0)); string str; // 持续读取输入模拟不断发送消息 while (cin str) { try { // 调用带重试机制的发送接口 SendMsg(str); } catch (const Exception e) { // 捕获已知类型异常业务异常 // 输出错误信息如网络失败/非好友等 cout e.what() endl endl; } catch (...) { // 捕获未知异常兜底保护防止程序崩溃 cout Unknown Exception endl; } } return 0; }五异常安全问题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资源泄漏产生安全性的问题。中间我们需要捕获异常释放资源后面再重新抛出当然后面智能指针章节讲的 RAII 方式解决这种问题是更好的。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)//细心的小伙伴一定会发现这里实际上是一个多态调用 //父类和子类的what函数构成重写 //这里调用的时候如果捕捉到基类就调用基类捕捉到子类就调用子类。 //库里面的异常也有相似的设计 { cout e.what() endl; } catch (...) { cout Unknown Exception endl; } return 0; }其次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否则后面的 5 个资源就没释放也资源泄漏了。《Effective C》第 8 个条款也专门讲了这个问题别让异常逃离析构函数。六异常规范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。C98 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。有人说C98这麻烦在哪里呀试想一下你的函数内部调用了10个函数这十个函数内部又调用了几十个函数他们都会抛异常。那么这个throw()将会变得无比巨大。// C98 // 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();C98 的方式这种方式过于复杂实践中并不好用C11 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。size_type size() const noexcept; iterator begin() noexcept; const_iterator begin() const noexcept;编译器并不会在编译时检查 noexcept也就是说如果一个函数用 noexcept 修饰了但是同时又包含了 throw 语句或者调用的函数可能会抛出异常编译器还是会顺利编译通过的有些编译器可能会报个警告。但是一个声明了 noexcept 的函数抛出了异常程序会调用 terminate 终止程序。double Divide(int a, int b) noexcept { // 向编译器保证noexcept但同时又抛出异常编译器“我才不会照顾你” if (b 0) { throw Division by zero condition!; } return (double)a / (double)b; }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就会则返回 false不会就返回 true。noexcept不会去检查这个函数里面是怎么设计的而是直接看这个表达式是否会抛出异常。不会则返回true七标准库的异常C异常标准库C标准库也定义了一套自己的一套异常继承体系系基类是exception需要头文件exception所以我们日常写程序需要在主函数捕获 exception 即可要获取异常信息调用 what 函数what 是一个虚函数派生类可以重写。但是库里面的这个体系不够用一般公司里面会制作自己的异常体系。这些异常类都是继承自基类生成的。
