【C++】异常 智能指针

C++异常 & 智能指针

  • 1.C++异常
    • 1.1.异常的抛出与捕获
    • 1.2.异常体系
    • 1.3.异常安全与规范
    • 1.4.异常优缺点
  • 2.智能指针
    • 2.1.RAII
    • 2.2.智能指针的使用及原理
      • 2.2.1.auto_ptr
      • 2.2.2.unique_ptr
      • 2.2.3.shared_ptr
      • 2.2.4.shared_ptr的循环引用问题 & weak_ptr
    • 2.3.定制删除器

1.C++异常

C++异常是一种处理错误的方式。当一个函数遇到自己无法处理的错误时就可以抛出异常,让该函数的直接或间接调用者通过捕获这个异常来处理错误。
一些异常关键字的介绍:

  • throw:程序是通过throw关键字来抛出异常的
  • catch:异常要通过catch关键字来进行捕获
  • trytry{}中的程序可能会抛出异常
// 异常捕获的基本语法如下
try
{// ...
}
catch(Exception_1 e)
{// ...
}
catch(Exception_2 e)
{// ...
}
...

1.1.异常的抛出与捕获

异常是以对象形式抛出的,当throwtry{}里时,异常抛出,会首先查找匹配的catch。而且该对象的类型决定了由哪个catch进行捕获处理。而被选中的catch处理程序是与对象类型匹配且离异常抛出位置最近的一个。
如果没有匹配的catch则会跳出当前函数栈,在调用该函数的栈中查找匹配的catch。如果直到main函数栈帧都没有匹配的catch,程序则会终止。
异常对象可能是一个临时对象,在被抛出时出作用域会被销毁,所以异常对象的抛出会生成一个拷贝被catch捕获。
catch(...)语句可以捕获任意类型的对象,但是无法确定捕获的错误异常类型是什么。实际中通常会最后再加上一个catch(...),防止程序直接终止。匹配合适的catch处理后,会继续沿着catch语句后面的程序执行。
抛异常时可以拋任意类型的对象,捕获时要求类型匹配。但实际中,抛出的异常对象类型并不一定要求和catch类型完全匹配。因为可以抛出派生类对象,使用基类进行捕获。

异常有时候也会被重新抛出,当前catch不能完全处理这样一个异常,在完成一些校正处理后,通过throw重新抛出给更上层的catch处理。

class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg, int errid): _errmsg(errmsg), _errid(errid){}virtual string what() const{return _errmsg;}virtual int get() const{return _errid;}
protected:string _errmsg;int _errid;
};class HttpServerException : public Exception
{
public:HttpServerException(const string& errmsg, int id, const string& type): Exception(errmsg, id), _type(type){}virtual string what() const{return "HttpServerException:" + _type + ":" + _errmsg;}
protected:string _type;
};void SendMsg(const string& str)
{srand((unsigned int)time(0));if (rand() % 3 == 0){throw HttpServerException("网络错误", 333, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("权限不足", 444, "post");}cout << str << "发送成功" << endl;
}void Server()
{string str = "hello world";// 出现网络错误,重试3次int count = 3;while (count--){try{SendMsg(str);// 程序走到此处,说明没有发生异常break;}catch (const Exception& e){if (e.get() == 333 && count > 0){continue;}else{throw e; // 异常重新抛出}}}
}void Test1()
{while (true){try{Server();}catch (const Exception& e){// 多态cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}Sleep(1000);}
}

1.2.异常体系

C++本身是提供了一系列标准的异常的,这些异常是以父子类层次结构体系组织起来的,我们可以在程序中直接使用这些标准的异常,抛各种子类对象的异常,用一个父类对象进行接收。
在这里插入图片描述
我们也可以去继承execption类来实现自己的异常类。但实际中很多公司会定义一套自己的异常继承体系,一方面是为了规范的异常管理,另一方面C++标准异常还是不够好用。

1.3.异常安全与规范

可以在一个函数的后面接 throw(type...),列出这个函数可能抛出的异常类型有哪些。
如果函数后面接的是throw(),表示函数不抛异常。C++11新增了noexcept,用于表示不会抛异常。

构造函数中最好不要抛异常,否则可能导致对象构造不完整。
析构函数中最好不要抛异常,否则可能导致资源泄露。

1.4.异常优缺点

C语言处理错误的方式有两种:

  • assert终止程序。
  • 返回错误码errno

实际中C语言基本都是使用错误码的方式处理错误,有时候会使用终止程序的方式来处理非常严重的错误。
C++异常的优势主要是相对C语言而言的。

  • 异常对象相比错误码的方式可以展示出错误的各种信息,来帮助更好的定位程序的bug。
  • 错误码的使用有一个很大的问题就是,在函数调用层次中,深层的函数返回错误得层层返回。而异常可以直接跳到catch的地方。

异常也有缺点。

  • 异常可能导致程序的执行流乱跳,使得跟踪调试以及分析程序时更麻烦。
  • 异常很容易导致内存泄漏、死锁等安全问题。但这个基本可以通过RAII处理。

但异常总体而言利大于弊,另外面向对象的语言基本都是使用异常处理错误的,这也是大势所趋。

2.智能指针

int div()
{int a, b;cin >> a >> b;if (b == 0)throw invalid_argument("Division by zero error");return a / b;
}void Func()
{// 1、如果p1处new 抛异常会如何?// 2、如果p2处new 抛异常会如何?// 3、如果div调用处又抛异常会如何?int* p1 = new int;int* p2 = new int;cout << div() << endl;delete p1;delete p2;
}void Test2()
{try{Func();}catch (exception& e){cout << e.what() << endl;}
}

通过这个程序我们可以看到,p1抛异常时没什么问题,p1p2都没创建出来;
p2抛异常时,p1创建出来了,但没有释放,导致内存泄露了;
div()抛异常时,p1p2都创建出来了,但都没有释放,导致内存泄露了。
这里简单介绍一下内存泄漏的知识。
内存泄漏是指因为人为的疏忽或错误,而造成的程序未能释放已经不再使用的内存的情况。
内存泄漏并不是物理上内存的消失,而是由于程序失去了对该段内存的控制管理,而造成的内存的浪费。
长期运行的程序如果存在内存泄漏,会导致服务响应越来越慢,直至最终卡死。
C/C++程序一般关注两种方式的内存泄漏:堆内存泄露 和 系统资源泄露。
而内存泄漏的解决方式也分为两种:

  • 事前预防型,如智能指针的使用。
  • 事后差错型,如使用内存泄漏工具进行检测。

2.1.RAII

RAII(Resource Acquisition Is Initialization) - 资源获得即初始化。
RAII是一种通过利用对象生命周期来控制程序资源的简单技术。
在对象构造时获取资源,使控制的资源在对象生命周期内始终保持有效,最后在对象析构时释放资源。
这样做就不需要显式地释放资源,而且对象所需的资源在其生命周期内始终保持有效。

template<class T>
class SmartPtr
{
public:SmartPtr(T* ptr): _ptr(ptr){}~SmartPtr(){cout << "~SmartPtr()" << endl;delete _ptr;}
private:T* _ptr;
};int div()
{int a, b;cin >> a >> b;if (b == 0)throw invalid_argument("Division by zero error");return a / b;
}void Func()
{int* p1 = new int;SmartPtr<int> sp1(p1);int* p2 = new int;SmartPtr<int> sp2(p2);cout << div() << endl;
}void Test3()
{try{Func();}catch (exception& e){cout << e.what() << endl;}
}

在这里插入图片描述
这里有了RAII的设计,就不用担心p1p2的内存泄漏问题了。

2.2.智能指针的使用及原理

像上面的SmartPtr还不能称其为智能指针,因为它还不具备指针的行为。因此还需要重载*->,让其像指针一样去使用。

T& operator*()
{return *_ptr;
}T* operator->()
{return _ptr;
}

2.2.1.auto_ptr

C++98库中就提供了auto_ptr智能指针。其实现原理就是将资源管理权进行转移。

// auto_ptr 简单模拟实现
template<class T>
class auto_ptr
{
public:auto_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr){}auto_ptr(auto_ptr<T>& ap): _ptr(ap._ptr){// 资源管理权转移,但同时被转移对象也被悬空ap._ptr = nullptr;}auto_ptr<T>& operator=(auto_ptr<T>& ap){if (this != &ap){// 被赋值对象需要先被清理delete _ptr;_ptr = ap._ptr;ap._ptr = nullptr;}return *this;}~auto_ptr(){delete _ptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
private:T* _ptr;
};

auto_ptr可以说是一个失败的设计, 所以能不用就不用。

2.2.2.unique_ptr

unique_ptr的实现就是简单粗暴的防拷贝。

// unique_ptr 简单模拟实现
template<class T>
class unique_ptr
{
public:unique_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr){}// 防拷贝unique_ptr(const unique_ptr<T>& up) = delete;unique_ptr<T>& operator=(const unique_ptr<T>& up) = delete;~unique_ptr(){delete _ptr;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
private:T* _ptr;
};

2.2.3.shared_ptr

shared_ptr支持拷贝。
shared_ptr是通过引用计数的方式来支持拷贝,支持多个shared_ptr对象共享资源的。
shared_ptr中,为每份资源都维护着一份计数。当一个shared_ptr对象被析构时,引用计数就减一,直到引用计数减为0,才释放资源。

// shared_ptr 简单模拟实现
template<class T>
class shared_ptr
{
public:// 构造 引用计数初始化为1shared_ptr(T* ptr = nullptr): _ptr(ptr), _pCount(new int(1)){}// 拷贝 ++引用计数shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp._ptr), _pCount(sp._pCount){++(*_pCount);}// 赋值 ++引用计数shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){if (_ptr != sp._ptr){// 需要先处理好当前资源的释放Release();_ptr = sp._ptr;_pCount = sp._pCount;++(*_pCount);}return *this;}void Release(){if (--(*_pCount) == 0){cout << "void Release()" << endl;delete _ptr;delete _pCount;}}// 直到引用计数减为0才彻底释放资源~shared_ptr(){Release();}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}int use_count(){return *_pCount;}T* get(){return _ptr;}
private:T* _ptr;int* _pCount; // 一个资源,配一个计数,多个智能指针对象共管
};

shared_ptr引用计数不能采用静态计数。静态成员属于整个类,属于类的所有对象。如果申请了两份相同类型的资源,无法做到区分。

2.2.4.shared_ptr的循环引用问题 & weak_ptr

class Node
{
public:int _val;std::shared_ptr<Node> _prev;std::shared_ptr<Node> _next;~Node(){cout << "~Node()" << endl;}
};void Test4()
{std::shared_ptr<Node> n1(new Node);std::shared_ptr<Node> n2(new Node);cout << n1.use_count() << endl;cout << n2.use_count() << endl;n1->_next = n2;n2->_prev = n1;cout << n1.use_count() << endl;cout << n2.use_count() << endl;
}

在这里插入图片描述
上面的程序结束后资源有没有被释放呢?
结果告诉我们是没有的(如果释放了的话会调用析构打印~Node())。
那为什么没有释放呢?
如图,展示了程序中节点的指向情况:
在这里插入图片描述
在Test4()结束的时候,n2先析构,n1再析构,此时左边的节点和右边的节点,它们的引用计数都由2减为1;
此时,由左边节点的_next管着右边的节点,由右边节点的_prev管着左边的节点;
只要左边节点的_next被析构,右边的节点引用计数减为0,就可以被delete;
而左边节点的_next要析构,就必须让左边的节点被delete,左边节点的_next作为成员才会被析构;
而左边的节点要被delete,就必须析构右边节点的_prev,使左边的节点引用计数减为0;
而右边节点的_prev要析构,就必须让右边的节点被delete,右边节点的_prev作为成员才会被析构;
而右边的节点要被delete,就必须析构左边节点的_next,使右边的节点引用计数减为0。

由于左边节点的_next和右边节点的_prev相互牵制着,最后谁也释放不了。这就是循环引用问题。
weak_ptr可以用于解决循环引用问题,而且weak_ptr正是作为辅助型智能指针,为了配合解决shared_ptr的循环引用问题才被设计出来的。

// weak_ptr 的简单模拟实现
template<class T>
class weak_ptr
{
public:weak_ptr(): _ptr(nullptr){}weak_ptr(const shared_ptr<T>& sp): _ptr(sp.get()){}weak_ptr(const weak_ptr<T>& wp): _ptr(wp._ptr){}weak_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp){_ptr = sp.get();return *this;}weak_ptr<T>& operator=(const weak_ptr<T>& wp){_ptr = wp._ptr;return *this;}T& operator*(){return *_ptr;}T* operator->(){return _ptr;}
private:T* _ptr;
};

weak_ptr不是常规的智能指针,它没有RAII,它可以访问和修改资源,但不参与资源释放管理。
weak_ptr主要是用shared_ptr构造,用来解决shared_ptr的循环引用问题。

class Node
{
public:int _val;std::weak_ptr<Node> _prev;std::weak_ptr<Node> _next;~Node(){cout << "~Node()" << endl;}
};

在这里插入图片描述
智能指针总结
智能指针的设计主要考虑三点:

  1. 利用RAII思想来管理释放资源
  2. 保持有指针一样的行为
  3. 解决拷贝问题

2.3.定制删除器

对于申请的资源需要释放,但对于不同的申请方式,就需要不同的释放方式。定制删除器正是为了使申请与释放的方式进行匹配。

void Test5()
{// shared_ptr 支持构造时传删除器 仿函数版std::shared_ptr<Node> n1(new Node[5], DeleteArray<Node>());std::shared_ptr<Node> n2(new Node, Delete<Node>());std::shared_ptr<int> n3(new int[5], DeleteArray<int>());std::shared_ptr<int> n4(new int, Delete<int>());std::shared_ptr<int> n5((int*)malloc(sizeof 12), Free<int>());// shared_ptr lambda版std::shared_ptr<Node> n6(new Node[5], [](Node* ptr) {cout << "delete[] ptr;" << endl; delete[] ptr; });std::shared_ptr<Node> n7(new Node, [](Node* ptr) {cout << "delete ptr;" << endl; delete ptr; });std::shared_ptr<int> n8(new int[5], [](int* ptr) {cout << "delete[] ptr;" << endl; delete[] ptr; });std::shared_ptr<int> n9(new int, [](int* ptr) {cout << "delete ptr;" << endl; delete ptr; });std::shared_ptr<int> n10((int*)malloc(sizeof 12), [](int* ptr) {cout << "free(ptr);" << endl; free(ptr); });std::shared_ptr<FILE> n11(fopen("test.cpp", "r"), [](FILE* ptr) {cout << "fclose(ptr);" << endl; fclose(ptr); });// unique_ptr 支持类模板传迭代器类型,不支持构造时传迭代器std::unique_ptr<Node, DeleteArray<Node>> n12(new Node[5]);
}

在这里插入图片描述

看到这里,你能回答下列问题了吗?

  1. 为什么需要智能指针?
  2. 什么是RAII
  3. auto_ptr/unique_ptr/shared_ptr/weak_ptr之间的使用区别?
  4. 什么是循环引用?如何解决循环引用?

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/137957.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

伦敦金冬令时开市时间怎样调整

在刚刚过去的一周&#xff0c;欧美的金融市场已经正式进入了冬令时&#xff0c;这对伦敦金市场的交易时间也产生了影响。由于美国于今年11月5日(星期日&#xff09;开始正式实施冬令时间&#xff0c;所以香港的伦敦金平台的交易时间也随之而有所调整。 从今年11月6日开始&#…

增强地理热图:Highcharts Maps v11.2.0 Crack

Highcharts Maps v11.2.0 添加了对地理热图插值的支持&#xff0c;允许您在类似温度图的图表的已知数据点之间添加估计值。 Highcharts Maps 提供了一种符合标准的方法&#xff0c;用于在基于 Web 的项目中创建逻辑示意图。它扩展了用户友好的 Highcharts JavaScript API&#…

Milvus Cloud——什么是 Agent?

什么是 Agent? 根据 OpenAI 科学家 Lilian Weng 的一张 Agent 示意图 [1] 我们可以了解 Agent 由一些组件来组成。 规划模块 子目标分解:Agent 将目标分为更小的、易于管理的子目标,从而更高效地处理复杂的任务。 反省和调整:Agent 可以对过去的行为进行自我批评和自我反思…

pyOCD

pyOCD 目录结构

Linux的目录的权限

目录 目录的权限 目录的权限 1、可执行权限: 如果目录没有可执行权限, 则无法cd到目录中. 2、可读权限: 如果目录没有可读权限, 则无法用ls等命令查看目录中的文件内容. 3、可写权限: 如果目录没有可写权限, 则无法在目录中创建文件, 也无法在目录中删除文件. 上面三个权限是…

微信小程序前端开发

目录 前言&#xff1a; 1. 框架选择和项目搭建 2. 小程序页面开发 3. 数据通信和接口调用 4. 性能优化和调试技巧 5. 小程序发布和上线 前言&#xff1a; 当谈到微信小程序前端开发时&#xff0c;我们指的是使用微信小程序框架进行开发的一种方式。在本文中&#xff0c;我…

划分VOC数据集,以及转换为划分后的COCO数据集格式

1.VOC数据集 LabelImg是一款广泛应用于图像标注的开源工具&#xff0c;主要用于构建目标检测模型所需的数据集。Visual Object Classes&#xff08;VOC&#xff09;数据集作为一种常见的目标检测数据集&#xff0c;通过labelimg工具在图像中标注边界框和类别标签&#xff0c;为…

AIGC视频生成/编辑技术调研报告

人物AIGC&#xff1a;FaceChain人物写真生成工业级开源项目&#xff0c;欢迎上github体验。 简介&#xff1a; 随着图像生成领域的研究飞速发展&#xff0c;基于diffusion的生成式模型取得效果上的大突破。在图像生成/编辑产品大爆发的今天&#xff0c;视频生成/编辑技术也引起…

Milvus Cloud——LLM Agent 现阶段出现的问题

LLM Agent 现阶段出现的问题 由于一些 LLM&#xff08;GPT-4&#xff09;带来了惊人的自然语言理解和生成能力&#xff0c;并且能处理非常复杂的任务&#xff0c;一度让 LLM Agent 成为满足人们对科幻电影所有憧憬的最终答案。但是在实际使用过程中&#xff0c;大家逐渐发现了通…

conda环境中pytorch1.2.0版本安装包安装一直失败解决办法!!!

conda环境中pytorch1.2.0版本安装包安装一直失败解决办法 cuda10.0以及cudnn7.4现在以及安装完成&#xff0c;就差torch的安装了&#xff0c;现在torch我要装的是1.2.0版本的&#xff0c;安装包以及下载好了&#xff0c;安装包都是在这个网站里下载的&#xff08;点此进入&…

Kali常用配置(持续更新)

1. 同步系统时间 命令&#xff1a;dpkg-reconfigure tzdata &#xff0c;这个命令可以同时更新系统时间和硬件时间。 然后选择区域和城市&#xff0c;中国可以先选择Asia&#xff0c;然后选择Shanghai 2.更换系统数据源 # vim /etc/apt/sources.list #不是root用户的话需要…

Linux学习-破解Root密码

破解root密码思路 1&#xff09;重启系统,进入 救援模式 开启虚拟机A&#xff0c;在此界面按e键 在linux开头的该行&#xff0c;将此行的ro修改为rw 然后空格输入 rd.break 按 ctrl x 启动&#xff0c;会看到switch_root:/# 2&#xff09;切换到硬盘操作系统环境 # chroot …

ChatGPT和API发生重大中断!

11月9日凌晨&#xff0c;OpenAI在官网发布&#xff0c;ChatGPT和API发生重大中断&#xff0c;导致全球所有用户无法正常使用&#xff0c;宕机时间超过2小时。 目前&#xff0c;OpenAI已经找到问题所在并进行了修复&#xff0c;但仍然不稳定&#xff0c;会继续进行安全监控。 …

『 Linux 』进程概念

文章目录 &#x1f5de;️ 冯诺依曼体系结构 &#x1f5de;️&#x1f4c3; 为什么在计算机当中需要使用内存充当中间介质而不使CUP与外设直接进行交互?&#x1f4c3; CPU如何读取数据 &#x1f5de;️ 操作系统(Operating system) &#x1f5de;️&#x1f4c3; 操作系统如何…

使用JavaScript编写游戏平台数据爬虫程序

目录 一、引言 二、准备工作 三、爬取数据 四、数据处理与存储 五、数据分析与利用 六、结论与展望 一、引言 随着网络技术的发展&#xff0c;数据已经成为企业、研究机构和个人的重要资源。数据可以帮助我们了解市场趋势、用户需求&#xff0c;甚至可以用于机器学习和人…

100+ Windows运行命令大全,装B高手必备

操作电脑关闭、重启、注销、休眠的命令细则: 用法: shutdown [/i | /l | /s | /sg | /r | /g | /a | /p | /h | /e | /o] [/hybrid] [/soft] [/fw] [/f] [/m \\computer][/t xxx][/d [p|u:]xx:yy [/c "comment"]] 没有参数 显示帮助。这与键入 /? 是一样的。…

基于SpringBoot+Redis的前后端分离外卖项目-苍穹外卖(三)

员工分页查询和账号启用禁用功能 1. 员工分页查询1.1 需求分析和设计1.1.1 产品原型1.1.2 接口设计 1.2 代码开发1.2.1 设计DTO类1.2.2 封装PageResult1.2.3 Controller层1.2.4 Service层接口1.2.5 Service层实现类1.2.6 Mapper层 1.3 功能测试1.4 代码完善 2. 启用禁用员工账号…

【科研绘图】MacOS上的LaTeX公式插入工具——LaTeXiT

在Mac上经常用OmniGraffle绘图&#xff0c;但是有个致命缺点是没办法插入LaTeX公式&#xff0c;很头疼。之前有尝试用Pages文稿插入公式&#xff0c;但是调字体和颜色很麻烦。并且&#xff0c;PPT中的公式插入感觉也不太好看。 偶然机会了解到了LaTeXiT这个工具&#xff0c;可…

thinkphp6 起步

1、安装 composer create-project topthink/think6.0 tp62、使用多应用模式&#xff0c;你需要安装多应用模式扩展think-multi-app composer require topthink/think-multi-app3、config/app.php中&#xff0c;将 ‘auto_multi_app’ > flase, 改为true&#xff1b; 需要自…

QRadioButton、QCheckBox样式表

QRadioButton、QCheckBox样式表 实现效果Chapter1 QRadioButton样式表详细描述示例效果源码样式表 Chapter2 QRadioButton样式表 实现效果 QRadioButton{spacing: 2px;color: white; } QRadioButton::indicator {width: 60px;height: 35px; } QRadioButton::indicator:unchecke…