C++——异常机制

目录

一,背景

1.1 C语言处理错误的方式

1.2 C++异常概念

二,异常的使用

2.1 异常的简单使用

2.2 异常的匹配原则

2.3 异常抛对象

 2.4 异常的重新抛出

 2.5 异常安全

三,自定义异常体系

四,异常优缺点

4.1 优点

4.2 缺点

一,背景

1.1 C语言处理错误的方式

在C语言中处理错误的基本方式有两种:

终止程序:如assert,如果不符合要求直接终止程序

缺陷,用户难以接收,如发生内存错误,除0错误时会直接中断程序,代价太大

返回错误码:如很多库的接口函数都是通过把错误码放到全局变量errno中,表示错误

缺陷:返回的只有一个错误码,程序员很难甚至无法得知具体的错误信息。

1.2 C++异常概念

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地调用者处理这个错误。主要包括下面三个关键字:

①throw:当问题出现时,通过这个关键字“抛出”具体地错误信息

②catch:通过catch关键字捕获throw抛出地异常信息,通过一个字符串或类接收,然后根据信息针对处理

③try:try和catch配套使用,throw在try中使用,try后面一般跟着一个或多个catch捕获

二,异常的使用

2.1 异常的简单使用

//throw:当问题出现时,程序会抛出一个异常
//catch:捕获异常
//try:包含多个catch
double Division1(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!";elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func1()
{//如果Func里面也有捕获,出异常的时候如果Func里有和throw抛出内容类型一样的就跳到Func里的,如果没有匹配类型,就继续往下找直到跳到匹配类型的catchtry{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division1(len, time) << endl;}catch (int errid){cout << errid << endl;}cout << "Func1() end" << endl;
}void main()
{while (1){try{Func1();}//没有异常的时候直接跳过catchcatch (const char* errmsg){//如果throw了,直接跳到离throw位置最近的catchcout << errmsg << endl;}允许多个catch,对于throw的不同类型匹配不同的catch,但是多个catch不允许有相同传参类型的catchcatch (int errid){cout << errid << endl;}catch (char errmsg){cout << errmsg << endl;}//如果throw的内容没有匹配类型的catch,会直接报错,直接终止程序catch (...) //捕获任意类型的异常 -- 防止出现未捕获异常时直接报错,程序终止{cout << "未知异常" << endl;}}
}

 

2.2 异常的匹配原则

异常的抛出和匹配原则:

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

被选中的处理代码是调用链中与该对象类型皮皮额且离throw位置最近的那一个

抛出异常对象后,会生成一个异常对象的拷贝,因为抛出的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。(类似函数传值返回)

catch(...)可以捕获任意类型的异常,但缺点是无法知道错误类型

在实际抛出和捕获的匹配原则中有个例外,可以抛出派生类对象,使用基类捕获,这个很实用,后面讲

在函数调用链中异常栈匹配原则:

首先检查throw本身是不是在try内部,如果是再查找匹配的catch语句,如果有匹配的,调到catch的地方进行处理,之后继续沿着catch子句后面继续执行

如果没有匹配的catch则退出当前函数栈,继续再调用函数的栈中查找匹配的catch

如果到达了main函数的栈依旧没有匹配的,则终止程序。所以实际中我们最后都要加一个catch(...)捕获任意类型的异常

2.3 异常抛对象

class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg, int id):_errmsg(errmsg), _errid(id){}virtual string what() const{return _errmsg;}int GetErrid(){return _errid;}int getid()const{return _errid;}
protected:string _errmsg;int _errid;
};double Division2(int a, int b)
{//当b == 0时抛出异常if (b == 0){/*Exception e("除0错误", a);throw e;*/throw Exception("除0错误", a);}else{return ((double)a / (double)b);}
}void Func2()
{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division2(len, time) << endl;
}//1,抛异常可以抛任意类型对象
//2,捕获时,要求类型匹配void main2()
{while (1){try{Func2();}catch (const Exception& e){cout << e.what() << endl;}catch (...) // 捕获任意类型的异常 -- 防止出现未捕获异常时,程序终止{cout << "未知异常" << endl;}}
}

 2.4 异常的重新抛出

有时候抛异常了,但是不是只要有异常了就报错,比如我们发送消息的时候,第一次发送失败不是直接就报错,而是再多发几次,多发几次都失败后才报错,如下代码:

void SeedMsg(const string& s)
{// 要求出现网络错误重试三次srand(time(0));if (rand() % 3 == 0) //模拟服务出错,偶然情况下满足这个if,达到模拟错误的效果{throw HttpServerException("网络错误", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");}cout << "发送成功:" << s << endl;
}void HttpServer1()
{// 要求出现网络错误,重试3次string str = "今晚一起看电影怎么样?";int n = 3;while (n--){try{SeedMsg(str);// 没有发生异常,跳出循环break;}catch (const Exception& e){// 网络错误 && 重试3次内if (e.getid() == 100 && n > 0){continue;//这是网络错误后继续调SeedMsg,然后继续网络错误重试}else{throw e; // 超过三次网络错误直接,重新抛出}}}
}void main()
{while (1){//this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));Sleep(1000);try{HttpServer();}catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以{// 多态cout << e.what() << endl;// 记录日志}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}}
}

 2.5 异常安全

①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初始化完成

②最好不要在析构函数内抛出异常,否则可能导致资源泄漏

③C++中异常经常会导致资源泄漏问题,比如在new和delete中抛出了异常,导致内存泄漏,或者在lock和unlock抛异常导致死锁,C++经常使用RAII来解决上面的问题,关于RAII我们到智能指针进行讲解

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 Func3()
{// 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,异常还是交给外面处理,这里捕获了再// 重新抛出去。// 隐患,第一个成功,第二个失败//可以解决,但是很麻烦,这样的问题一般是用智能指针解决int* array1 = new int[10];int* array2 = new int[10];int len, time;cin >> len >> time;try{cout << Division(len, time) << endl;}catch (...){cout << "delete []" << array1 << endl;delete[] array1;cout << "delete []" << array1 << endl;delete[] array2;throw; // 捕获什么抛出什么}cout << "delete []" << array1 << endl;delete[] array1;cout << "delete []" << array2 << endl;delete[] array2;
}void main5()
{try{Func3();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}
}

三,自定义异常体系

C++库给我们提供了一系列标准的异常,定义在std::exception中。在实际中我们可以去继承exception类实现自己的异常类。但是实际上很多公司有一套属于自己的异常继承体系,因为C++标准库给的并不好用。

很多公司都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理,因为一个项目中如果大家都随意抛异常,那么外层的调用者基本没法玩了。

下面就是简单模拟服务器开发中的异常体系:

class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg, int id):_errmsg(errmsg), _errid(id){}virtual string what() const{return _errmsg;}int GetErrid(){return _errid;}int getid()const{return _errid;}
protected:string _errmsg;int _errid;
};class SqlException : public Exception //数据库的错误
{
public:SqlException(const string& errmsg, int id, const string& sql):Exception(errmsg, id) //必须要调用父类的构造函数来初始化父类, _sql(sql){}virtual string what() const{string str = "SqlException:";str += _errmsg;str += "->";str += _sql;return str;}
protected:const string _sql;
};class CacheException : public Exception//缓存区的错误
{
public:CacheException(const string& errmsg, int id):Exception(errmsg, id){}virtual string what() const{string str = "CacheException:";str += _errmsg;return str;}protected://stack<string> _stPath;
};class HttpServerException : public Exception//网络服务错误
{
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()//数据库
{srand(time(0));if (rand() % 7 == 0){throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");}cout << "本次请求成功" << endl;//如果都没有异常直接就打印这个,这里只是用来演示
}void CacheMgr() //缓存
{srand(time(0));if (rand() % 5 == 0){throw CacheException("权限不足", 200);}else if (rand() % 6 == 0){throw CacheException("数据不存在", 201);}SQLMgr();
}void HttpServer() //网络服务
{// 模拟出错srand(time(0));if (rand() % 3 == 0){//throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");throw HttpServerException("网络错误", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");}CacheMgr();//重试,根据重试次数来抛对应组的异常
}void SeedMsg(const string& s)
{// 要求出现网络错误重试三次srand(time(0));if (rand() % 3 == 0) //模拟服务出错,偶然情况下满足这个if,达到模拟错误的效果{throw HttpServerException("网络错误", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");}cout << "发送成功:" << s << endl;
}void main()
{while (1){Sleep(1000);try{HttpServer();}catch (const Exception& e){//多态cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "Unknow Exception" << endl;}}
}

四,异常优缺点

4.1 优点

①异常对象定义好了,相比错误码的方式我们可以清晰准确地显示出错误的各种信息,甚至可以包含堆栈的调用信息,这样可以更好地定位程序地bug

②很多地第三方库都包含异常,比如boost,gtest,gmock等等常用地库,那么我们使用它们的时候也需要使用库

③部分函数使用异常可以更好地处理,比如构造函数没有返回值,不方便使用错误码的方式处理。比如T& operator这样的函数,如果pos越界了只能使用异常或终止程序处理,没办法通过返回值表示错误

4.2 缺点

①异常会使我们的程序执行流乱跳,一旦没使用好就会变得非常混乱,并且是运行时乱跳,所以可能会跳过我们调试的断点,导致我们跟踪调试以及分析程序时,比较困难

②异常会有一些性能的开销。当然现代硬件速度已经很快,现在暂时不考虑

③C++没有java的垃圾回收机制,资源需要自己管理,异常会导致资源泄漏的情况经常发送,还有死锁等安全问题。这个我们到智能指针再说

④C++标准库的异常体系定义得不好,导致大家自定义各自得异常体系,非常混乱

总结:异常总体而言,是利大于弊得,所以工程中我们鼓励使用异常,OO得语言基本都是用异常处理错误,这也是大势所趋。

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