C++异常处理机制【自定义异常体系 || 异常规范 || 异常安全】

目录

一,传统C语言处理异常

二,C++异常概念

三,使用

1. 自定义异常体系

2. 在函数调用链中异常栈展开匹配原则

3. 异常的重新抛出

四,异常规范

五,异常安全

六,C++标准库的异常体系

七,异常优缺点

1.优点

2. 缺点


嗨!收到一张超美的风景图,愿你每天都能顺心 

一,传统C语言处理异常

传统的错误处理机制:
1. 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。
2. 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
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: 在您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 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
} catch ( ExceptionName e2 )
{
// catch
} catch ( ExceptionName eN )
{
// catch
}

三,使用

异常的抛出和匹配原则
1. 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。
2. 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。
3. 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。(这里的处理类似于函数的传值返回)
4. 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,这一步往往作为异常捕获的底线。
5. 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,我们后面会详细讲解这个

下面我们通过,继承+多态来简单模拟一下,比较企业级标准的异常接受处理:

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,因为一个项目中如果大家随意抛异常,那么外层的调用者基本就没办法玩了,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。

// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
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("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");}//throw "xxxxxx";
}
void CacheMgr()
{srand(time(0));if (rand() % 5 == 0){throw CacheException("权限不足", 100);}else if (rand() % 6 == 0){throw CacheException("数据不存在", 101);}SQLMgr();
}
void HttpServer()
{// ...srand(time(0));if (rand() % 3 == 0){throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");}CacheMgr();
}
int main()
{while (1){this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));try{HttpServer();}
catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以{// 多态cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}}return 0;
}

2. 在函数调用链中异常栈展开匹配原则

3. 异常的重新抛出

有可能单个的catch不能完全处理一个异常,在进行一些校正处理以后,希望再交给更外层的调用链函数来处理,catch则可以通过重新抛出将异常传递给更上层的函数进行处理。

场景:

void Func ()
{
// 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。
int* array = new int [ 10 ];
try {
    int len , time ;
    cin >> len >> time ;
    cout << Division ( len , time ) << endl ;
}
      catch (...)
{
    cout << "delete []" << array << endl ;
    delete [] array ;  // 体现了异常安全问题
    throw ;         // 重新抛出,交个外部处理
}
// ...

四,异常规范

 

这个我们了解一下,来自:Reference - C++ Reference (cplusplus.com)

五,异常安全

  1. 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。
  2. 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(内存泄漏、句柄未关闭等)。
  3. C++中异常经常会导致资源泄漏的问题,比如在newdelete中抛出了异常,导致内存泄漏,在lockunlock之间抛出了异常导致死锁C++经常使用RAII智能指针来解决以上问题

六,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:

说明 :实际中我们可以可以去继承 exception 类实现自己的异常类。但是实际中很多公司像上面一样自己定义一套异常继承体系。因为C++ 标准库设计的不够好用。

七,异常优缺点

1.优点

(1. 更清晰的展示错误信息,方便寻找bug。 异常对象定义好了, 相比错误码的方式可以清晰准确的展示出错误的各种信息,甚至可以包含堆栈调用的信息, 这样可以帮助更好的定位程序的bug
(2. 相比于多层返回错误码,异常操作跟简便。返回错误码的传统方式有个很大的问题就是,在函数调用链中,深层的函数返回了错误,那 么我们得层层返回错误,最外层才能拿到错误,具体看下面的详细解释。
(3. 异常使用广泛。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。
(4. 相比返回错误码,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(可能正常值也是int)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。

2. 缺点

(1. 跟踪调试时以及分析程序时,比较困难。异常会导致程序的执行流乱跳,并且非常的混乱,并且是运行时出错抛异常就会乱跳。
(2. C++没有垃圾回收机制,资源需要自己管理。有了异常非常容易导致内存泄漏、死锁等异常安全问题。这个需要使用RAII来处理资源的管理问题。学习成本较高。
(3. C++标准库的异常体系定义比较混乱。导致大家各自定义各自的异常体系,非常的混乱。
(4. 异常难以规范使用。异常规范使用,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。

结语

   本小节就到这里了,感谢小伙伴的浏览,如果有什么建议,欢迎在评论区评论,如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞,你的点赞和关注将会成为博主创作的动力

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