【C++】异常

一、C语言传统的处理错误的方式
二、C++异常概念
三、异常的使用
- 3.1 异常的抛出和捕获
- 3.2 异常的重新抛出
- 3.3 异常安全
四、自定义异常体系与C++标准库的异常体系
- 4.1 自定义异常体系
- 4.2 C++标准库的异常体系
五、异常的优缺点

一、C语言传统的处理错误的方式

传统的错误处理机制：

终止程序，如assert，缺陷：用户难以接受。如发生内存错误，除0错误时就会终止程序
返回错误码，缺陷：需要程序员自己去查找对应的错误。如系统的很多库的接口函数都是通过把错误码放到errno中，表示错误

实际中C语言基本都是使用返回错误码的方式处理错误，部分情况下使用终止程序处理非常严重的错误。

二、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的调用者处理这个错误。

主要有3个关键字组成：

throw: 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。
catch: 在你想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常，catch 关键字用于捕获异常，可以有多个catch进行捕获。
try: try 块中的代码标识将被激活的特定异常，它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。使用 try/catch 语句的语法如下所示：

try
{
  // 保护的标识代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
  // catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
  // catch 块
}catch( ExceptionName eN )
{
  // catch 块
}

三、异常的使用

3.1 异常的抛出和捕获

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匹配且离抛出异常位置最近的那一个。
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。
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。
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。

在函数调用链中异常栈展开匹配原则：

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
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。
如果到达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，否则当有异常没捕获，程序就会直接终止。
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。

先来看一个简单的例子：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	Func3();
}
void Func1()
{
	Func2();
}
int main()
{
	try 
	{
		Func1();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	return 0;
}

异常在Func3中抛出，它会沿着调用链去找匹配的catch。先到Func2，没有，再到Func1，也没有，最后到main函数，有匹配的catch，处理该异常。注意，匹配的catch指的是抛出的对象类型匹配。

匹配是按照就近原则来的，即哪个catch近并且匹配，就用哪个：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	Func3();
}
void Func1()
{
	try
	{
		Func2();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout <<"1：" << errmsg << endl;
	}
}
int main()
{
	try
	{
		Func1();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << "2：" << errmsg << endl;
	}
	return 0;
}

catch后的语句还会继续执行：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	Func3();
}
void Func1()
{
	try
	{
		Func2();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	cout << "=====================" << endl;
}
int main()
{
	Func1();
	return 0;
}

为了防止有异常没有捕获，可以在main函数最后加上catch(…)，用于捕获任意类型的异常，只是不知道具体错误：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	Func3();
}
void Func1()
{
	Func2();
}
int main()
{
	try
	{
		Func1();
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误的异常" << endl;
	}
	return 0;
}

3.2 异常的重新抛出

有时候单个catch不能完全解决一个异常，只能先进行一些其他的简单处理，然后再重新抛出异常，给更外层的函数中的catch处理。

比如：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	int* array = new int[10];
	Func3();
	delete[] array;
}
void Func1()
{
	try
	{
		Func2();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
}
int main()
{
	try
	{
		Func1();
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误的异常" << endl;
	}
	return 0;
}

解决办法：

void Func3()
{
	throw "这是一个异常";
}
void Func2()
{
	int* array = new int[10];
	try
	{
		Func3();
	}
	catch (...)
	{
		cout << "delete[] array" << endl;
		delete[] array;
		throw;
	}
}
void Func1()
{
	try
	{
		Func2();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
}
int main()
{
	try
	{
		Func1();
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知错误的异常" << endl;
	}
	return 0;
}

3.3 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
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

四、自定义异常体系与C++标准库的异常体系

4.1 自定义异常体系

实际使用中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，因为一旦有人随意抛异常，就不好了。所以实际中都会定义一套继承的规范体系。这样大家抛出的都是继承的派生类对象，捕获一个基类就可以了。

class Exception
{
public:
	Exception(const string& errmsg, int id)
		:_errmsg(errmsg)
		, _id(id)
	{}
	virtual string what() const
	{
		return _errmsg;
	}
protected:
	string _errmsg;
	int _id;
};

......

_id是编号，_errmsg是具体错误信息。what()函数返回错误信息，记得要加上virtual，形成多态。

4.2 C++标准库的异常体系

C++ 提供了一系列标准的异常，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，如下所示：

下面是对上图出现的异常的说明：

五、异常的优缺点

优点：

异常可以准确的展示出各种错误信息，方便找到程序的bug，不需要像返回错误码那样一层层的找
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
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

缺点：

异常会导致执行流乱跳，有时候很混乱，调试比较不方便
异常有些性能的开销
异常需要我们自己清理资源，如果没注意到，很容易出现内存泄漏和死锁等问题
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
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

原文链接：https://blog.csdn.net/2301_77459845/article/details/137605474