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C++異常處理方式實(shí)例詳解(超級(jí)詳細(xì)!)

 更新時(shí)間:2023年04月23日 10:01:14   作者:終為nullptr  
程序有時(shí)會(huì)遇到運(yùn)行階段錯(cuò)誤,導(dǎo)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(qiáng)大的而靈活的工具,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++異常處理方式的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

1.C語言傳統(tǒng)的處理錯(cuò)誤的方式

傳統(tǒng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制:

1. 終止程序,如assert,缺陷:用戶難以接受。如發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤,除0錯(cuò)誤時(shí)就會(huì)終止程序。

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

2. C++異常概念

異常是一種處理錯(cuò)誤的方式,當(dāng)一個(gè)函數(shù)發(fā)現(xiàn)自己無法處理的錯(cuò)誤時(shí)就可以拋出異常,讓函數(shù)的直接或間接的調(diào)用者處理這個(gè)錯(cuò)誤。

        throw: 當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí),程序會(huì)拋出一個(gè)異常。這是通過使用 throw 關(guān)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(guān)鍵字用于捕獲異常,可以有多個(gè)catch進(jìn)行捕獲。

        try: try 塊中的代碼標(biāo)識(shí)將被激活的特定異常,它后面通常跟著一個(gè)或多個(gè) catch 塊。

如果有一個(gè)塊拋出一個(gè)異常,捕獲異常的方法會(huì)使用 try 和 catch 關(guān)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(hù)代碼。使用 try/catch 語句的語法如下所示:

try
{
	// 保護(hù)的標(biāo)識(shí)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(duì)象而引發(fā)的,該對(duì)象的類型決定了應(yīng)該激活哪個(gè)catch的處理代碼。

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

3. 拋出異常對(duì)象后,會(huì)生成一個(gè)異常對(duì)象的拷貝,因?yàn)閽伋龅漠惓?duì)象可能是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象,所以會(huì)生成一個(gè)拷貝對(duì)象,這個(gè)拷貝的臨時(shí)對(duì)象會(huì)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(cuò)誤是什么。

5. 實(shí)際中拋出和捕獲的匹配原則有個(gè)例外,并不都是類型完全匹配,可以拋出的派生類對(duì)象,使用基類捕獲,這個(gè)在實(shí)際中非常實(shí)用。

在函數(shù)調(diào)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(diào)到catch的地方進(jìn)行處理。

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

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

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

double Division(int a, int b)
{
	// 當(dāng)b == 0時(shí)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(yùn)行截圖:

3.2 異常的重新拋出

有可能單個(gè)的catch不能完全處理一個(gè)異常,在進(jìn)行一些校正處理以后,希望再交給更外層的調(diào)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(jìn)行處理。

double Division(int a, int b)
{
	// 當(dāng)b == 0時(shí)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(cuò)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(yùn)行截圖:

3.3異常安全 

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

C++中異常經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致資源泄漏的問題,比如在new和delete中拋出了異常,導(dǎo)致內(nèi)存泄漏,在lock和unlock之間拋出了異常導(dǎo)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(gè)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(gè)函數(shù)會(huì)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(gè)函數(shù)只會(huì)拋出bad_alloc的異常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
// 這里表示這個(gè)函數(shù)不會(huì)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(huì)拋異常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

4.自定義異常體系

實(shí)際使用中很多公司都會(huì)自定義自己的異常體系進(jìn)行規(guī)范的異常管理,因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目中如果大家隨意拋異常,那么外層的調(diào)用者基本就沒辦法玩了,所以實(shí)際中都會(huì)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(duì)象,捕獲一個(gè)基類就可以了

// 服務(wù)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(quán)限不足", 100, "select * from name = '張三'");
	}
	//throw "xxxxxx";
}
void CacheMgr()
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 5 == 0)
	{
		throw CacheException("權(quán)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(qǐng)求資源不存在", 100, "get");
	}
	else if (rand() % 4 == 0)
	{
		throw HttpServerException("權(quán)限不足", 101, "post");
	}
	CacheMgr();
}
int main()
{
	while (1)
	{
		try 
		{
			HttpServer();
		}
		catch (const Exception& e) // 這里捕獲父類對(duì)象就可以
		{
			// 多態(tài)
			cout << e.what() << endl;
			Sleep(1000);
		}
		catch (...)
		{
			cout << "Unkown Exception" << endl;
		}
	}
	return 0;
}

運(yùn)行截圖:

5.C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系 

C++ 提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)的異常,定義在exception中,我們可以在程序中使用這些標(biāo)準(zhǔn)的異常。它們是以父子類層次結(jié)構(gòu)組織起來的,如下所示:

說明:實(shí)際中我們可以可以去繼承exception類實(shí)現(xiàn)自己的異常類。但是實(shí)際中很多公司像上面一
樣自己定義一套異常繼承體系。因?yàn)镃++標(biāo)準(zhǔn)庫設(shè)計(jì)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(huì)拋異常
		v.reserve(1000000000);
		// 這里越界會(huì)拋異常
		v.at(10) = 100;
	}
	catch (const exception& e) // 這里捕獲父類對(duì)象就可以
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

6.異常的優(yōu)缺點(diǎn)

C++異常的優(yōu)點(diǎn):

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

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

// 1.下面這段偽代碼我們可以看到ConnnectSql中出錯(cuò)了,先返回給ServerStart,
ServerStart再返回給main函數(shù),main函數(shù)再針對(duì)問題處理具體的錯(cuò)誤。
// 2.如果是異常體系,不管是ConnnectSql還是ServerStart及調(diào)用函數(shù)出錯(cuò),都不用檢查,因
為拋出的異常異常會(huì)直接跳到main函數(shù)中catch捕獲的地方,main函數(shù)直接處理錯(cuò)誤。
 int ConnnectSql()
{
// 用戶名密碼錯(cuò)誤
if (...)
return 1;
   // 權(quán)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(gòu)造函數(shù)沒有返回值,不方便使用錯(cuò)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(cuò)誤。

C++異常的缺點(diǎn):

1. 異常會(huì)導(dǎo)致程序的執(zhí)行流亂跳,并且非常的混亂,并且是運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)拋異常就會(huì)亂跳。這會(huì)導(dǎo)致我們跟蹤調(diào)試時(shí)以及分析程序時(shí),比較困難。

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

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

4. C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系定義得不好,導(dǎo)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(shè)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(diǎn):一、拋出異常類型都繼承自一個(gè)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(jié):異??傮w而言,利大于弊,所以工程中我們還是鼓勵(lì)使用異常的。另外其它的語言基本都是用異常處理錯(cuò)誤,這也可以看出這是大勢所趨。

總結(jié)

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

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