C++中的異常實例詳解

更新時間：2022年02月07日 15:59:17 作者：wuqiongjin

異常處理是C++的一項語言機制,用于在程序中處理異常事件,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++中異常的相關(guān)資料,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

1. 異常

異常: 異常是面向?qū)ο笈c法處理錯誤的一種方式

1.1 C語言中處理錯誤的方式

返回錯誤碼 (很多API接口都會把錯誤碼放到errno當中)
終止程序 (assert終止、除零錯誤、段錯誤) [產(chǎn)生信號去終止進程]
C標準庫中setjump和longjump組合

1.2 C語言處理錯誤方式的缺陷

使用錯誤碼時，還需要查看錯誤碼表，去找每個錯誤碼的含義
當一個函數(shù)是通過返回值去輸出數(shù)據(jù)，那么發(fā)生錯誤的時候很難處理 (不好區(qū)設置發(fā)生錯誤時返回什么)
如果調(diào)用的函數(shù)棧很深時，使用錯誤碼去一層層返回時，處理起來很麻煩

//第2點
T& operator[](int index)
{
	//問題: 當訪問的下標index超出容器的范圍，此時該返回什么值?
    //解決方案: 可以再傳一個參數(shù)，用于獲取真正的結(jié)果(當輸出型參數(shù)), 返回值就用于判斷是否正確的返回了. 
    //實際上還是很麻煩
}

2. C++異常

2.1 異常相關(guān)關(guān)鍵字

try: try塊中放置可能會拋出異常的代碼，這段代碼被稱為保護代碼
catch: catch用于捕獲異常，catch塊中寫處理異常的代碼。它跟在try的后面，1個try后面可以跟多個catch
throw: throw用于拋出異常

try
{
    //保護代碼(可能會拋出異常的代碼)
}catch(ExceptionType e1)
{
    //處理異常
}catch(ExceptionType e2)
{
    //處理異常
}catch(ExceptionType eN)
{
    //處理異常
}

2.2 異常的使用

2.2.1 異常的拋出和匹配原則

異常是通過拋出對象而引發(fā)的，該對象的類型決定了應該匹配到哪個catch塊
異常的拋出會去匹配在整個調(diào)用鏈中與該對象類型相匹配且距離最近的那個
當異常拋出后，執(zhí)行流會直接跳轉(zhuǎn)到整個調(diào)用鏈當中能catch到異常的位置處，不能catch的地方就不會執(zhí)行了，所以這可能導致內(nèi)存泄漏、文件流沒關(guān)閉、鎖未釋放**等情況。(free、fclose、unlock未執(zhí)行)
catch(…)可以用來捕獲任意類型對象的異常，一般用于表示"未知異常"或被用作異常的重新拋出時的接收catch塊
在拋出與捕獲的類型匹配上并不全都是類型相同才能匹配。我們可以使用基類去捕獲 —> 拋出的派生類的對象。 //會在下面具體講解

· 原則2：函數(shù)調(diào)用鏈中的異常 - 棧展開的匹配原則

查看throw是否在try的內(nèi)部，如果存在能匹配到的catch語句，就跳轉(zhuǎn)到catch中進行異常的處理。
如果沒有匹配的catch就退出當前棧，去查找調(diào)用鏈當中的能夠匹配到的catch
如果在main函數(shù)中都沒有找到匹配的catch，則終止程序。

棧展開：上述的這個沿著調(diào)用鏈去逐個棧中查找匹配的catch語句的過程就是棧展開。

//代碼演示：f3()中拋出異常，該異常會被f1()捕捉，而在main函數(shù)中的catch是無法捕捉到的
void f3()
{
	throw 123;
}
void f2()
{
    f3();
}
void f1()
{
    try
    {
        f2();
        cout << "f1() not catched Exception!" << endl;
    }catch(int& err)
    {
        cout << "f1()-err: " << err << endl;
    }
}

int main()
{
    try
    {
        f1();
        cout << "main not catched Exception!" << endl;
    }catch(int& err)
    {
        cout << "main-err: " << err << endl; 
    }
    return 0;
}

注意：

拋出異常對象后，會生成一個異常對象的拷貝(可能是一個臨時對象)，這個拷貝的臨時對象在被catch后會被銷毀。異常的執(zhí)行流執(zhí)行順序：從throw拋出異常處跳轉(zhuǎn)到調(diào)用鏈中能夠匹配的catch語句中；然后執(zhí)行catch塊中的代碼；catch執(zhí)行完畢后在當前函數(shù)棧中順序執(zhí)行。(整個調(diào)用鏈中沒有匹配的就終止程序)

2.3 異常的重新拋出

可能會存在單個catch不能完全處理一個異常的情況，在經(jīng)過一些校正處理后，我們希望將該異常交給外層調(diào)用鏈中的函數(shù)來處理，此時我們可以通過在catch中重新拋出異常的方式把異常傳遞給調(diào)用鏈的上層函數(shù)處理。

//在SecondThrowException()函數(shù)中我們要delete[]動態(tài)開辟(new出來)的空間，
//如果不使用異常的重新拋出的話，就會造成內(nèi)存泄漏問題 (也可以使用RAII)
void FirstThrowException()
{
    throw "First throw a exception!";
}

void SecondThrowException()
{
    int* arr = new int[10];
    try
    {
        FirstThrowException();
    }catch(...)
    {
        cout << "Delete[] arr Success!" << endl;
        delete[] arr;
        throw;
    }
}

void SoluteException()
{
    try
    {
        SecondThrowException();
    }catch(const char* err)
    {
        cout << err << endl;
    }
}

int main()
{
    SoluteException();
    return 0;
}

2.4 自定義異常體系

自定義異常體系實際上就是自己定義的一套異常管理體系，很多公司當中都會自定義自己的異常體系以便于規(guī)范的進行異常管理。它主要用到了我們在上面所說的一條規(guī)則: 我們只需要拋出派生類對象，然后捕獲基類對象就可以了。這樣的拋出與捕獲方式非常便于異常的處理。

class MyException
{
public:
	MyException(string errmsg, int id)
		:_errmsg(errmsg),
		 _id(id)
	{}
	
	virtual string what() const = 0;	//必須放到public下才能讓類外定義的成員訪問到
protected:
	int _id;		//錯誤碼
	string _errmsg;	//存放錯誤信息
	//list<StackInfo> _traceStack;	//存放調(diào)用鏈的信息
    //...
};

class CacheException : public MyException
{
public:
	CacheException(string errmsg, int id)
		:MyException(errmsg, id)
	{}

	virtual string what() const
	{
		return "CacheException!: " + _errmsg;
	}
};

class NetworkException : public MyException
{
public:
	NetworkException(string errmsg, int id)
		:MyException(errmsg, id)
	{}

	virtual string what() const
	{
		return "NetworkException!: " + _errmsg;
	}
};

class SqlException : public MyException
{
public:
	SqlException(string errmsg, int id)
		:MyException(errmsg, id)
	{}

	virtual string what() const
	{
		return "SqlException!: " + _errmsg;
	}
};

int main()
{
	try
	{
		//拋出任意的派生類對象
		throw SqlException("sql open failed", 10);
	}
    catch (const MyException& e)	//只需要捕獲基類對象
	{
		cout << e.what() << endl;	//這里實際上完成了一個多態(tài)
	}
	catch (...)	//走到這里說明出現(xiàn)未知異常
	{
		cout << "Unknown Exception!" << endl;
	}

	return 0;
}

2.5 異常安全

最好不要在構(gòu)造函數(shù)中拋異常，構(gòu)造函數(shù)是完成對象的構(gòu)造和初始化的，在里面拋異?？赡軙е聦ο髽?gòu)造不完整或沒有完全初始化。 (可能會造成內(nèi)存泄漏)
最好不要在析構(gòu)函數(shù)中拋異常，析構(gòu)函數(shù)是完成資源的清理工作的，在里面拋異?？赡軐е沦Y源沒清完就結(jié)束了函數(shù)調(diào)用，從而導致內(nèi)存泄漏、句柄未關(guān)閉等問題。
注意new、fopen、lock的使用

2.6 異常規(guī)范

異常規(guī)范的指定是為了讓使用者知道函數(shù)可能拋出哪些異常，用法：

void func1() throw(); //表示該函數(shù)不會拋異常
void func2() noexcept; //等價于throw()  表示該函數(shù)不會拋異常
void func3() throw(std::bad_alloc);	//表示該函數(shù)只會拋出bad_alloc的異常
void func4() throw(int, double, string); //表示該函數(shù)會拋出int/double/string類型中的某種異常

2.7 C++標準庫的異常體系

C++提供了一系列標準的異常，定義在中，下面是這些異常的組織形式。

異常	描述
std::exception	該異常是所有標準 C++ 異常的父類。
std::bad_alloc	該異?？梢酝ㄟ^ new 拋出。
std::bad_cast	該異?？梢酝ㄟ^ dynamic_cast 拋出。
std::bad_exception	這在處理 C++ 程序中無法預期的異常時非常有用。
std::bad_typeid	該異?？梢酝ㄟ^ typeid 拋出。
std::logic_error	理論上可以通過讀取代碼來檢測到的異常。
std::domain_error	當使用了一個無效的數(shù)學域時，會拋出該異常。
std::invalid_argument	當使用了無效的參數(shù)時，會拋出該異常。
std::length_error	當創(chuàng)建了太長的 std::string 時，會拋出該異常。
std::out_of_range	該異?？梢酝ㄟ^方法拋出，例如 std::vector 和 std::bitset<>::operator。
std::runtime_error	理論上不可以通過讀取代碼來檢測到的異常。
std::overflow_error	當發(fā)生數(shù)學上溢時，會拋出該異常。
std::range_error	當嘗試存儲超出范圍的值時，會拋出該異常。
std::underflow_error	當發(fā)生數(shù)學下溢時，會拋出該異常。

int main()
{
	try
    {
        vector<int> v(5);
        v.at(5) = 0;	//v.at(下標) = v[下標] + 拋異常
    }
    catch(const exception& e)
    {
        cout << e.what() << endl;
    }
    catch(...)
    {
		cout << "Unknown Exception!" << endl;        
    }
}