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异常处理

来源:opebet最新入口   发布时间:2019-11-21   点击量:119

异常处理字面的意思就是:当程序出现了不符合预期的情况(不一定是错误),采取一定的后续措施进行处理。

异常处理机制

我们以一个简单但不是很严谨的例子作为开始,来介绍异常处理机制。

假设我们有一个图书销售系统。系统里面有某个自定义类型class BookISBN;,表示某本书的ISBN编号。

主程序大概是这样:

class BookISBN{public: // ... std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号 // ...}// ...int main(){ Init(); // 初始化系统 while(1) { run(); // 运行系统 } return 0;}

假设系统的运行过程中需要比较两本图数的价格:

void run(){ // ... if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义 { // 继续后面的处理 } else { cout<< "错误!两本书的ISBN不一样,不能进行比较!"; // 进行出错后的其它后续操作,比如释放内存一类的 }}

我们可以看到,在上面的程序中,我们可以采用分支条件来处理意外出现的情况。

现在我们思考两个问题:

如果程序不止一处需要做这样的意外处理呢?如果意外情况是嵌套在系统的深层(上面的 if-else 是被 run 间接调用),而出现错误后需要跳转到上层调用的某个特定位置呢?

针对第一个问题:我们可以将意外处理(也就是异常处理)封装成一个函数,然后在需要的地方调用。

针对第二个问题:我们可以精心设计函数的接口,使其满足我们的处理流程。但这是很困难的一件事。

所以上面给出的解决方案,理论上可以实现我们的需求,但是较为繁琐,对于程序设计的能力要求也就高。

于是,异常处理机制便出现了。异常处理从感官上来看表现得更为优雅,从功能上来说还能将问题的检测和解决分离开,实现统一处理。

异常处理机制的流程

当程序出现异常的时候,我们需要记录下发生的异常信息,比如数组越界,内存不足等等。而记录异常信息的方式便是通过一个对象来保存这些信息,这个对象也叫做异常对象。

异常对象的类型既可以是STL提供的类型,也可以是自定义的类。如果是自定义异常类型,该类型必须具有拷贝构造函数或者移动构造函数

异常处理机制的流程是:

抛出异常对象。在异常发生的位置通过关键字throw抛出一个异常对象接收异常对象并进行异常处理。在异常发生的作用域内或者外层作用域内接受异常并处理。

下面主要分两个部分介绍异常处理。

抛出异常对象

我们先定义一个异常类型

class Error{public: Error() = default; Error(string error_type):_error_type(error_type){} Error(const Error &error) = default; // 使用合成的拷贝构造函数private: string _error_type;}

那么如何抛出异常呢?

通过关键字throw。抛出异常对象的代码如下:

// ...Error error("这是一个异常"); // 定义异常对象throw error; // 抛出异常// 当然也可以这样 throw Error("这是一个异常");

在我们的图数销售系统中使用抛出异常的完整代码如下:

// 系统中的类类型class BookISBN{public: // ... std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号}// 异常对象类型class Error{public: Error() = default; Error(string error_type):_error_type(error_type){} Error(const Error &error) = default; // 使用合成的拷贝构造函数private: string _error_type;}// 主函数void run(){ // ... if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义 { // 继续后面的处理 } else { /************************************************************/ * 抛出异常 * * 异常的处理交给异常接收代码(后面介绍如何接收异常) * *************************************************************/ throw Error("错误!两本书的ISBN不一样,不能进行比较!"); // 抛出异常 }}// 主程序int main(){ Init(); // 初始化系统 while(1) { run(); // 运行系统 } return 0;}

程序在执行throw error_object后到底做了什么事呢?

    在全局作用域内创建了一个error_object的副本。这个临时全局对象的地址由编译器进行分配管理,在合适的时候(比如异常处理结束)由编译器进行销毁。程序员不用操心。

    所以这也是为什么异常对象必须要有拷贝(移动)构造函数的原因。

    销毁throw语句前已经创建的局部对象。大家可以把throw理解为具有return功能的关键字。

    所以throw之前一定要释放new/malloc的对象防止内存泄漏。

另外需要声明的一点就是,在创建异常对象的全局副本的时候是按照静态类型来拷贝。

假设类Derived继承自类Base

Derived d;Base &rd = d;throw rd;

此时,创建的异常对象d的全局副本只包含基类Base的部分。(这个是很自然的事,特别写出来是担心大家有疑虑)

接收异常对象并处理

当我们抛出对象之后,程序就开始搜索可以接收异常对象的代码。接收异常的方式是使用try catch两个关键字。

具体的用法入下代码:

try{ // 这里是包含可能抛出异常的代码}catch(ErrorType1 error) // { // 处理异常。想怎么处理就怎么写呗。}catch(ErrorType2 error){ // 同上 // catch 分支可以有一个也可以有多个,看自己需要}...

我们在try的作用域内抛出异常。编译器在外部作用域查找到catch关键字接收异常,然后就像函数调用一样,用异常对象的全局副本作为实参,传进与之类型相匹配的catch块中,然后继续执行代码。

我们把接收异常的代码加入主程序后的完整代码:

// 系统中的类类型class BookISBN{public: // ... std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号}// 异常对象类型class Error{public: Error() = default; Error(string error_type):_error_type(error_type){} Error(const Error &error) = default; // 使用合成的拷贝构造函数private: string _error_type;}// 主函数void run(){ // ... if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义 { // 继续后面的处理 } else { throw Error("错误!两本书的ISBN不一样,不能进行比较!"); // 抛出异常 }}// 主程序int main(){ Init(); // 初始化系统 while(1) { /************************************************************/ * 将可能抛出异常的代码用 try 块包含 * * 一旦 try 中的代码抛出异常 跟随 try 后面的 catch 便会捕捉到抛出 * * 的异常。(如果没有匹配的catch块就继续往上一层搜索,如果最后没有任 * * 何相匹配的catch,则程序直接终止。 * *************************************************************/ try { run(); // 运行系统 } catch(Error e) { // 处理异常 } } return 0;}

另外需要注意的三点说明:

注意catch块的接收顺序,尤其是异常类型是具有继承关系的类型。

class Base;class Derived:public Base;void f(){ try { throw Derived(); // 抛出 Derived 类型的异常 } catch(Base b) { // 异常会被 Base 接收。(进行了隐式类型转换。这是和赋值操作一样的嘛,很好理解。) } catch(Derived d) { // 异常不会进入这里 }}

catch会进行的隐式类型转换只有三种:常量->非常量、子类->父类、数组->指向数组首元素的指针(函数类似)。其它的任何类型都不会隐式转换,比如catch(int) 不能就收double类型的异常对象。

重抛出

如果直接throw;不跟异常对象,那么就会抛出当前作用域内的异常对象,如果当前作用域没有则抛出上层作用域内的对象。

try{ // ...}catch(Error e){ // ... throw ; // 相当于 throw e; }

捕获所有的异常

如果catch的参数是...catch(...)则这个catch块将接收当前作用域内(包括嵌套的内存作用域)之前所有没被接收的异常对象。

异常处理的其它相关细节

构造函数初始化列表抛出异常

class Test{public: Test(Object ob) :_ob(bo) // 如果此时抛出异常,那么构造函数内的异常处理并不能接收到 { // 这个异常将会跑到构造Test类的作用域中,而且未构造完的Test对象并不会析构 // ... try { } catch { } }private: Object _ob;}

替换的方法如下:

class Test{public: Test(Object ob) try:_ob(bo) { // ... } catch(...) // catch既能接收初始化列表抛出的异常 { // 也能够接收构造函数块里面的异常 }private: Object _ob;}

noexcept说明符

noexcept的意思是不抛出异常

void f()noexcept{ }

如果声明了 noexcept的函数抛出了异常,则程序直接终止。局部对象是否被释放是未定义的。

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