C++——异常机制

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：

①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

②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：

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皮皮额且离throw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）

④catch(...)可以捕获任意类型的异常，但缺点是无法知道错误类型

⑤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：

①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

②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

③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;}}
}