【C++】异常

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-04-26 11:02 7阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一.异常的概念：
 *  二.异常的使用：
 *   *  1. 异常的抛出和捕获
     *   *  1.1异常的抛出和匹配原则
         *  1.2在函数调用链中异常栈展开匹配原则
         *  1.3 异常的重新抛出
         *  1.4异常安全
     *  1.5异常规范
 *  二.自定义异常体系:
 *   *  2.1C++标准库的异常体系
 *  三.异常的优缺点：
 *   *  C++异常的优点：
     *  C++异常的缺点：

## 前言 ##

## 一.异常的概念： ##

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。  
  在异常里面，我们分别用`throw`（抛出异常），`catch`（捕获异常），`try`（激活特定异常）这三个关键字来捕获异常。用法如下：

try//表示异常要开始捕获了
    {
        
    // 保护的标识代码
    throw .....//抛出异常
    }
    catch( ExceptionName e1 )//根据异常的类型接收异常
    {
        
    // catch 块
    }
    catch( ExceptionName e2 )
    {
        
    // catch 块
    }
    catch( ExceptionName eN )
    {
        
    // catch 块
    }

记住！！抛出异常一定要在`try`里面（现有函数栈帧里的try里面抛出异常或异常在函数抛出，但是函数调用在try里面，这两个都可以），**这是前提**！不然就会报错！！  
举个🌰🌰

double Division(int a, int b)
    {
        
    	// 当b == 0时抛出异常
    	if (b == 0)
    	{
        
    		//throw "Division by zero condition!";
    		throw 1;
    	}
    	else
    	{
        
    		return ((double)a / (double)b);
    	}
    }
    
    void Func()
    {
        
    	
    	int len, time;
    	cin >> len >> time;
    	cout << Division(len, time) << endl;
    	cout << "yyyyyyyyy" << endl;
    }
    
    int main()
    {
        
    	Func();
    	try 
    	{
        
    		cout << "你干嘛哎哟" << endl;
    	}
    	catch (const char* errmsg) 
    	{
        
    		cout << errmsg << endl;
    	}
    	catch (...) 
    	{
        
    		cout << "unknown exception" << endl;
    	}
    	return 0;
    }

这里的`func`就没有在`try`里面，程序就会强制报错：  
![在这里插入图片描述][e4927c711fe04d8e85ae890a284caa25.png]

## 二.异常的使用： ##

### 1. 异常的抛出和捕获 ###

#### 1.1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，我们后面会详细讲解这个。
6.  在抛出异常之后，会直接跳到`catch`语句，`try`里面的抛出异常语句的后面几句就不会执行了。

#### 1.2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`。  
    举个🌰：

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 (int errmsg)
    	{
        
    		cout << errmsg << endl;
    	}
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][8480c8bb3684416fa7487f531fa208a5.png]

1.  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**  
    ![在这里插入图片描述][bb4ab13c2deb453dbdc1441167103ada.png]  
    下面我们来看一个正确使用的🌰：

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;
    cout << "yyyyyyyyy" << endl;//如果抛出异常，直接跳到catch，执行不到这一句了
    }
    int main()
    {
        
    try {
        
    Func();
    }
    catch (const char* errmsg） 
    {
        
    cout << errmsg << endl;
    }
    catch(...)//处理其他情况
    {
        
    cout<<"unkown exception"<<endl;
    }
    cout<<" hh"<<endl;//catch后面的代码继续执行。
    return 0;
    }

![在这里插入图片描述][0b7a41ac73dc48b48f9157b38ab4bbb3.png]  
![在这里插入图片描述][0ab44f46a26c461ea299288def46d1fa.png]

#### 1.3 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**。

我们来看看下面的🌰：

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。
    	int* array = new int[10];
    	int len, time;
    	cin >> len >> time;
    	cout << Division(len, time) << endl;//在这里直接跳catch去了，下面的语句就不会执行了
    	cout << "delete []" << array << endl;
    	delete[] array;
    }
    
    int main()
    {
        
    	try
    	{
        
    		Func();
    	}
    	catch (const char* errmsg)
    	{
        
    		cout << errmsg << endl;
    	}
    
    	return 0;
    }

在这里我们就会发现，由于**异常的跳跃**，**空间没有得到释放**。那么怎么解决这个问题呢？

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()
    {
        
    	int* array = new int[10];
    
    	try
    	{
        
    		int len, time;
    		cin >> len >> time;
    		cout << Division(len, time) << endl;
    
    		// func()
    	}
    	catch (...)  // 异常的重新抛出，为了内存释放
    	{
        
    		cout << "delete []" << array << endl;
    		delete[] array;
    		throw; // 捕获什么，抛什么
    	}
    
    	//...
    	cout << "delete []" << array << endl;
    	delete[] array;
    }
    
    int main()
    {
        
    	try
    	{
        
    		Func();
    	}
    	catch (const char* errmsg)
    	{
        
    		cout << errmsg << endl;
    	}
    
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][af7cea3426e14536aa69f22cbaade0e9.png]

这里我们就要用到**异常的重新抛出**！！这里捕获异常后**并不处理异常**，而是为了**内存释放**，异常还是交给外面处理！！

#### 1.4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

### 1.5异常规范 ###

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
4.  C++11后面加noexcept，表示不会抛异常

// 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;

我们来看看`new`的底层就知道了：  
![在这里插入图片描述][8fb81791e88541ef89e8a085af5229fb.png]  
这里就是说抛出类型一定是`bad_alloc`（`_RAISE`是宏定义，就是throw）

## 二.自定义异常体系: ##

在服务器开发里面，异常是怎么工作的呢？

首先异常就封装了一个类如下：

class Exception
    {
        
    public:
    Exception(const string& errmsg, int id)
    :_errmsg(errmsg)
    ,_id(id)
    {
        }
    virtual string what() const
    {
        
    return _errmsg;
    }
    protected:
    string _errmsg;//错误描述
    int _id;//错误编号
    };

而在同一个错误描述下也有不同的情况，所以会有错误编号，比如我们给别人发送消息，如果发送失败，**错误描述**就是**发送失败**，但是发送失败也有很多情况：  
![在这里插入图片描述][b4d3a41a3976453f952024a4fcdd14de.png]  
根据不同的情况，我们写不同的判断：  
![在这里插入图片描述][b6e6ce2a5e474d438d2fbe2f041dcd0c.png]

但是这里还是不够的，在公司里面，抛出了一大堆异常，如果不知道是哪个模块抛出的异常，那就会很难找，所以我们可以对上面的异常类进行继承以下几个模块：  
![在这里插入图片描述][05922d3bd26b4d15a501a2ca27a3fbaa.png]

// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
    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;
    比特就业课return str;
    }
    private:
    const string _type;
    };
    void SQLMgr()
    {
        
    srand(time(0));
    if (rand() % 7 == 0)
    {
        
    throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
    }
    //throw "xxxxxx";
    }
    void CacheMgr()
    {
        
    srand(time(0));
    if (rand() % 5 == 0)
    {
        
    throw CacheException("权限不足", 100);
    }
    else if (rand() % 6 == 0)
    {
        
    throw CacheException("数据不存在", 101);
    }
    SQLMgr();
    }
    void HttpServer()
    {
        
    // ...
    srand(time(0));
    if (rand() % 3 == 0)
    {
        
    throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");
    }
    else if (rand() % 4 == 0)
    {
        
    throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");
    }
    CacheMgr();
    }
    int main()
    {
        
    while (1)
    {
        
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
    try{
        
    HttpServer();
    }
    catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
    {
        
    // 多态
    cout << e.what() << endl;
    }
    catch (...)
    {
        
    cout << "Unkown Exception" << endl;
    }
    }
    return 0;
    }

这样就很好找到问题所在了。这里就运用到了我们之前学的多态了，是不是活学活用呀？

### 2.1C++标准库的异常体系 ###

其实C++里面自己就有一系列标准的异常，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。  
![在这里插入图片描述][e9bc750eacd443a5b30d67d9f58fceb3.png]  
**说明**：实际中我们**自己可以去继承exception类实现自己的异常类**。但是实际中很多公司像上面一样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。

int main()
    {
        
    try{
        
    vector<int> v(10, 5);
    // 这里如果系统内存不够也会抛异常
    v.reserve(1000000000);
    // 这里越界会抛异常
    v.at(10) = 100;
    }
    catch (const exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
    {
        
    cout << e.what() << endl;
    }
    catch (...)
    {
        
    cout << "Unkown Exception" << endl;
    }
    return 0;
    }

## 三.异常的优缺点： ##

### C++异常的优点： ###

1.  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。
2.  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;
    }

1.  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。
2.  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**。

### C++异常的缺点： ###

1.  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。
2.  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。
3.  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。
4.  **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。
5.  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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[6ac7346dc5944908b5dd227e55fab217.gif_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/26/6bf00379f1c9426f9b97b6ccdd0eb2bd.gif
[C]: https://blog.csdn.net/qq_74310471/category_12289978.html
[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_74310471?spm=1000.2115.3001.5343
[VS2022_C]: https://gitee.com/zhangxuruihhhh/c-language-learning
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