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C++異常處理方式實例詳解(超級詳細!)

 更新時間:2023年04月23日 10:01:14   作者:終為nullptr  
程序有時會遇到運行階段錯誤,導致程序無法正常執(zhí)行下去,c++異常為處理這種情況提供了一種功能強大的而靈活的工具,下面這篇文章主要給大家介紹了關于C++異常處理方式的相關資料,需要的朋友可以參考下

1.C語言傳統(tǒng)的處理錯誤的方式

傳統(tǒng)的錯誤處理機制:

1. 終止程序,如assert,缺陷:用戶難以接受。如發(fā)生內(nèi)存錯誤,除0錯誤時就會終止程序。

2. 返回錯誤碼,缺陷:需要程序員自己去查找對應的錯誤。如系統(tǒng)的很多庫的接口函數(shù)都是通過把錯誤碼放到errno中,表示錯誤實際中C語言基本都是使用返回錯誤碼的方式處理錯誤,部分情況下使用終止程序處理非常嚴重的錯誤。

2. C++異常概念

異常是一種處理錯誤的方式,當一個函數(shù)發(fā)現(xiàn)自己無法處理的錯誤時就可以拋出異常,讓函數(shù)的直接或間接的調用者處理這個錯誤。

        throw: 當問題出現(xiàn)時,程序會拋出一個異常。這是通過使用 throw 關鍵字來完成的。

        catch: 在您想要處理問題的地方,通過異常處理程序捕獲異常.catch 關鍵字用于捕獲異常,可以有多個catch進行捕獲。

        try: try 塊中的代碼標識將被激活的特定異常,它后面通常跟著一個或多個 catch 塊。

如果有一個塊拋出一個異常,捕獲異常的方法會使用 try 和 catch 關鍵字。try 塊中放置可能拋出異常的代碼,try 塊中的代碼被稱為保護代碼。使用 try/catch 語句的語法如下所示:

try
{
	// 保護的標識代碼
}
catch (ExceptionName e1)
{
	// catch 塊
}
catch (ExceptionName e2)
{
	// catch 塊
}
catch (ExceptionName eN)
{
	// catch 塊
}

3. 異常的使用

3.1 異常的拋出和捕獲

異常的拋出和匹配原則

1. 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激活哪個catch的處理代碼。

2. 被選中的處理代碼是調用鏈中與該對象類型匹配且離拋出異常位置最近的那一個。

3. 拋出異常對象后,會生成一個異常對象的拷貝,因為拋出的異常對象可能是一個臨時對象,所以會生成一個拷貝對象,這個拷貝的臨時對象會在被catch以后銷毀。(這里的處理類似于函數(shù)的傳值返回)

4. catch(...)可以捕獲任意類型的異常,問題是不知道異常錯誤是什么。

5. 實際中拋出和捕獲的匹配原則有個例外,并不都是類型完全匹配,可以拋出的派生類對象,使用基類捕獲,這個在實際中非常實用。

在函數(shù)調用鏈中異常棧展開匹配原則

1. 首先檢查throw本身是否在try塊內(nèi)部,如果是再查找匹配的catch語句。如果有匹配的,則調到catch的地方進行處理。

2. 沒有匹配的catch則退出當前函數(shù)棧,繼續(xù)在調用函數(shù)的棧中進行查找匹配的catch。

3. 如果到達main函數(shù)的棧,依舊沒有匹配的,則終止程序。上述這個沿著調用鏈查找匹配的catch子句的過程稱為棧展開。所以實際中我們最后都要加一個catch(...)捕獲任意類型的異常,否則當有異常沒捕獲,程序就會直接終止。

4. 找到匹配的catch子句并處理以后,會繼續(xù)沿著catch子句后面繼續(xù)執(zhí)行。

double Division(int a, int b)
{
	// 當b == 0時拋出異常
	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 (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	catch (...) 
	{
			cout << "unkown exception" << endl;
	}
	return 0;
}

運行截圖:

3.2 異常的重新拋出

有可能單個的catch不能完全處理一個異常,在進行一些校正處理以后,希望再交給更外層的調用鏈函數(shù)來處理,catch則可以通過重新拋出將異常傳遞給更上層的函數(shù)進行處理。

double Division(int a, int b)
{
	// 當b == 0時拋出異常
	if (b == 0)
	{
		throw "Division by zero condition!";
	}
	return (double)a / (double)b;
}
void Func()
{
	// 這里可以看到如果發(fā)生除0錯誤拋出異常,另外下面的array沒有得到釋放。
	// 所以這里捕獲異常后并不處理異常,異常還是交給外面處理,這里捕獲了再
	// 重新拋出去。
	int* array = new int[10];
	try 
	{
		int len, time;
		cin >> len >> time;
		cout << Division(len, time) << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "delete []" << array << endl;
		delete[] array;
		throw;
	}
	// ...
	cout << "delete []" << array << endl;
	delete[] array;
}
int main()
{
	try
	{
		Func();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	return 0;
}

運行截圖:

3.3異常安全 

構造函數(shù)完成對象的構造和初始化,最好不要在構造函數(shù)中拋出異常,否則可能導致對象不完整或沒有完全初始化析構函數(shù)主要完成資源的清理,最好不要在析構函數(shù)內(nèi)拋出異常,否則可能導致資源泄漏(內(nèi)存泄漏、句柄未關閉等)

C++中異常經(jīng)常會導致資源泄漏的問題,比如在new和delete中拋出了異常,導致內(nèi)存泄漏,在lock和unlock之間拋出了異常導致死鎖,C++經(jīng)常使用RAII來解決以上問題.

3.4 異常規(guī)范

1. 異常規(guī)格說明的目的是為了讓函數(shù)使用者知道該函數(shù)可能拋出的異常有哪些。 可以在函數(shù)的后面接throw(類型),列出這個函數(shù)可能拋擲的所有異常類型。

2. 函數(shù)的后面接throw(),表示函數(shù)不拋異常。

3. 若無異常接口聲明,則此函數(shù)可以拋擲任何類型的異常。

// 這里表示這個函數(shù)會拋出A/B/C/D中的某種類型的異常
void fun() throw(A,B,C,D);
// 這里表示這個函數(shù)只會拋出bad_alloc的異常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
// 這里表示這個函數(shù)不會拋出異常
void* operator delete (std::size_t size, void* ptr) throw();
// C++11 中新增的noexcept,表示不會拋異常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

4.自定義異常體系

實際使用中很多公司都會自定義自己的異常體系進行規(guī)范的異常管理,因為一個項目中如果大家隨意拋異常,那么外層的調用者基本就沒辦法玩了,所以實際中都會定義一套繼承的規(guī)范體系。

這樣大家拋出的都是繼承的派生類對象,捕獲一個基類就可以了

// 服務器開發(fā)中通常使用的異常繼承體系
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;
		return str;
	}
private:
	const string _type;
};
void SQLMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 7 == 0)
	{
		throw SqlException("權限不足", 100, "select * from name = '張三'");
	}
	//throw "xxxxxx";
}
void CacheMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 5 == 0)
	{
		throw CacheException("權限不足", 100);
	}
	else if (rand() % 6 == 0)
	{
		throw CacheException("數(shù)據(jù)不存在", 101);
	}
	SQLMgr();
}
void HttpServer()
{
	// ...
	srand(time(0));
	if (rand() % 3 == 0)
	{
		throw HttpServerException("請求資源不存在", 100, "get");
	}
	else if (rand() % 4 == 0)
	{
		throw HttpServerException("權限不足", 101, "post");
	}
	CacheMgr();
}
int main()
{
	while (1)
	{
		try 
		{
			HttpServer();
		}
		catch (const Exception& e) // 這里捕獲父類對象就可以
		{
			// 多態(tài)
			cout << e.what() << endl;
			Sleep(1000);
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}
	return 0;
}

運行截圖:

5.C++標準庫的異常體系 

C++ 提供了一系列標準的異常,定義在exception中,我們可以在程序中使用這些標準的異常。它們是以父子類層次結構組織起來的,如下所示:

說明:實際中我們可以可以去繼承exception類實現(xiàn)自己的異常類。但是實際中很多公司像上面一
樣自己定義一套異常繼承體系。因為C++標準庫設計的不夠好用。 

int main()
{
	try {
		vector<int> v(10, 5);
		// 這里如果系統(tǒng)內(nèi)存不夠也會拋異常
		v.reserve(1000000000);
		// 這里越界會拋異常
		v.at(10) = 100;
	}
	catch (const exception& e) // 這里捕獲父類對象就可以
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

6.異常的優(yōu)缺點

C++異常的優(yōu)點:

1. 異常對象定義好了,相比錯誤碼的方式可以清晰準確的展示出錯誤的各種信息,甚至可以包含堆棧調用的信息,這樣可以幫助更好的定位程序的bug。

2. 返回錯誤碼的傳統(tǒng)方式有個很大的問題就是,在函數(shù)調用鏈中,深層的函數(shù)返回了錯誤,那么我們得層層返回錯誤,最外層才能拿到錯誤,具體看下面的詳細解釋。

// 1.下面這段偽代碼我們可以看到ConnnectSql中出錯了,先返回給ServerStart,
ServerStart再返回給main函數(shù),main函數(shù)再針對問題處理具體的錯誤。
// 2.如果是異常體系,不管是ConnnectSql還是ServerStart及調用函數(shù)出錯,都不用檢查,因
為拋出的異常異常會直接跳到main函數(shù)中catch捕獲的地方,main函數(shù)直接處理錯誤。
 int ConnnectSql()
{
// 用戶名密碼錯誤
if (...)
return 1;
   // 權限不足
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;
}

3. 很多的第三方庫都包含異常,比如boost、gtest、gmock等等常用的庫,那么我們使用它們也需要使用異常。

4. 部分函數(shù)使用異常更好處理,比如構造函數(shù)沒有返回值,不方便使用錯誤碼方式處理。比如T& operator這樣的函數(shù),如果pos越界了只能使用異?;蛘呓K止程序處理,沒辦法通過返回值表示錯誤。

C++異常的缺點:

1. 異常會導致程序的執(zhí)行流亂跳,并且非常的混亂,并且是運行時出錯拋異常就會亂跳。這會導致我們跟蹤調試時以及分析程序時,比較困難。

2. 異常會有一些性能的開銷。當然在現(xiàn)代硬件速度很快的情況下,這個影響基本忽略不計。

3. C++沒有垃圾回收機制,資源需要自己管理。有了異常非常容易導致內(nèi)存泄漏、死鎖等異常安全問題。這個需要使用RAII來處理資源的管理問題。學習成本較高。

4. C++標準庫的異常體系定義得不好,導致大家各自定義各自的異常體系,非常的混亂。

5. 異常盡量規(guī)范使用,否則后果不堪設想,隨意拋異常,外層捕獲的用戶苦不堪言。所以異常規(guī)范有兩點:一、拋出異常類型都繼承自一個基類。

二、函數(shù)是否拋異常、拋什么異常,都使用 func()throw();的方式規(guī)范化。

總結:異??傮w而言,利大于弊,所以工程中我們還是鼓勵使用異常的。另外其它的語言基本都是用異常處理錯誤,這也可以看出這是大勢所趨。

總結

到此這篇關于C++異常處理方式的文章就介紹到這了,更多相關C++異常處理方式內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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