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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.
- c标准库中setjmp和longjmp组合(不常用).
实际上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.
C++异常概念
异常是面向对象语言常用的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,让函数直接或间接的调用处理这个错误.
- throw:当程序出现问题时,可以通过throw关键字抛出一个异常
- try:try块中放置的是可能抛出异常的代码,该代码块在执行时将进行异常错误检测,try块后面通常跟着一个或多个catch块.
- catch:如果try块中发生错误,则可以在catch块中定义对应要执行的代码块.
使用try/catch语句的语法如下:
try
{
}
catch (ExceptionName e1)
{
}
catch (ExceptionName e1)
{
}
catch (ExceptionName eN)
{
}异常的用法
异常的抛出和捕获
异常的抛出和捕获的匹配原则:
- 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那个catch的处理代码,如果抛出异常的对象没有捕获,或是没有匹配类型的捕获,那么程序会终止报错.
- 被选中的处理代码(catch块)是调用链中与该对象类型匹配且离抛出异常位置最近的哪一个.
- 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,所以会生成一个临时拷贝对象,这个拷贝的临时对象会被在catch以后销毁.(类似于函数的传值返回)
- catch(...)可以捕获任意类型的异常,但捕获后无法知道异常错误是什么.
- 实际异常的抛出和捕获的匹配原则有四个例外,捕获和抛出异常类型并不是一定完全匹配,可以抛出派生类对象,使用基类对象进行捕获,这个在实际中非常有用.
在函数调用链中异常栈展开的匹配原则:
- 当异常被抛出后,首先检查throw本身是否在try块内部,如果在则查找匹配的catch语句,如果匹配成功,则跳到匹配的catch子句并处理以后,会沿着catch子句后面继续执行,而不会跳到原来异常的地方.
- 如果到大main函数栈,依旧没有找到匹配的catch,则终止程序.
比如下面的代码中main函数中调用func.,func3中调用了func2,func2中调用了func1,在func1中抛出了一个string类型的异常对象.
void func1()
{
throw string("这是一个异常");
}
void func2()
{
func1();
}
void func3()
{
func2();
}
int main()
{
try
{
func3();
}
catch (const string& s)
{
cout << "错误描述:" << s << endl;
}
catch (...)
{
cout << "未知错误" << endl;
}
return 0;
}当func1中的异常被抛出后:
- 首先会检查throw本身是否在try块内部,这里由于throw不在内部,因此会退出func1所在的函数栈,继续在上一个调用函数栈中进行查找,即func2所在的函数栈.
- 由于func2中也没有匹配的catch,因此会继续在上一个调用函数栈中进行查找,即func3所在的函数栈.
- func3中也没有匹配的catch,于是就会在main所在的函数栈中进行查找,最终在main函数栈中找打了匹配的catch.
- 这时就会跳到main函数中对应的catch块中执行对应的代码块,执行完后继续执行该代码后续代码.
如下图所示:
上述这个沿着调用链查找匹配的catch子句的过程称为栈展开.在实际中我们最后都要加一个catch(...)捕获任意类型的异常,否则当异常没有捕获时,程序就会终止.
异常的重新抛出
有时候单个的catch可能不完全处理一个异常,在进行一些校正处理后,希望再交给更外层的调用链函数来处理,比如最外层可能需要拿到异常进行日志信息记录,这时就需要通过重新抛出异常传递给更上一层的函数进行处理.
当如果直接让最外层捕获异常进行处理时可能会引发一些问题.比如:
void func1()
{
throw string("这是一个异常");
}
void func2()
{
int* array = new int[10];
func1();
delete[] array;
}
int main()
{
try
{
func2();
}
catch(const string& s)
{
cout << s << endl;
}
catch (...)
{
cout << "未知异常" << endl;
}
return 0;
}其中func2中通过new操作符申请了一块空间,并且在func2最后通过delete对该空间进行了释放,但由于func2中途调用的func1内部抛出了一个异常,这时会直接跳转到main函数中的catch块执行对应的异常处理程序,并且在处理完后会继续沿着catch块后执行.
这时就导致func2中申请的内存块没有得到释放,造成了内存泄漏.这时可以在func2中先对func1抛出的异常进行捕获,捕获后先将申请到的内存释放再将异常重新抛出这时就避免了内存泄漏.比如:
void func1()
{
throw string("这是一个异常");
}
void func2()
{
int* array = new int[10];
try
{
func1();
}
catch (...)
{
delete[] array;
throw;
}
delete[] array;
}
int main()
{
try
{
func2();
}
catch(const string& s)
{
cout << s << endl;
}
catch (...)
{
cout << "未知异常" << endl;
}
return 0;
}说明一下:
- func2中new和delete之间可能还会抛出其他类型的异常,因此在func2中最好以catch(...)的方式进行捕获,将申请到的内存delete后再通过throw重新抛出.
- 重新抛出异常对象时,throw后面可以不用指明抛出异常的对象(正好也不知道catch(...)的方式捕捉到的具体是说明异常对象).
异常安全
将抛异常导致的安全问题叫做异常安全问题,对于异常安全问题下面给出几点建议:
- 构造函数完成对象的构造和初始化,最好不要再构造函数中抛异常,否则可能导致对象不完整或者没有完全初始化.
- 析构函数主要完成对象资源的清理,最好不要在析构函数中抛异常,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中抛异常,导致内存资源泄漏,在lock和unlock之间抛异常导致死锁,C++进程使用RAII的方式来解决问题.
异常规范
为了让函数使用者知道某个函数可能抛出那些类型的异常,C++标准规定:
- 在函数的后面接throw(type1,type2,...),列出这个函数可能抛出的所有类型异常.
- 在函数的后面接throw()或noexcept(C++11),表示该函数不抛异常.
- 若无异常接口声明,则此函数可以抛出任何类型的异常.(异常接口声明不是强制)
比如:
//表示func函数可能会抛出A/B/C/D类型的异常
void func()throw(A, B, C, D);
//表示这个函数只会抛出bad_alloc的异常
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
//表示这个函数不会抛出异常
void* operator new(std::size_t size, void* ptr) throw();自定义异常体系
实际中很多公式都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理.
- 公司中的项目一般会进行模块划分,让不同的程序员或小组完成不同模块,如果不对抛异常这件事进行规范,那么负责最外层捕获异常的程序员就非常难受,因为它需要捕获大家抛出的各种类型的异常对象.
- 因此实际中都会定义一套继承的规范体系,先定义一个最基础的异常类,所有人抛出的异常对象都必须是继承于该异常的派生类对象,因为异常语法规定可以用基类捕获抛出的派生类对象,因此最外层就只需要捕获基类就行了.
如下图:
最基础的异常类至少需要包含错误编号和错误描述两个成员变量,甚至还可以包含当前函数栈帧的调用链信息.该异常类中一般还会提供两个成员函数.分别用来获取错误编号和错误信息描述.比如:
class Exception
{
public:
Exception(const string& errmsg, int id)
:_errmsg(errmsg)
, _id(id)
{}
virtual string what() const
{
return _errmsg;
}
protected:
string _errmsg;
int _id;
};其他模块如果要对这个异常类进行扩展,必须继承这个基础的异常类,可以在继承后的异常类中按需添加某些成员变量,或是对继承下来的虚函数what进行重写,使其能告诉程序员更多的信息.比如:
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;
};说明一下:
- 异常类的成员变量不能设置为私有因为所有成员在子类中是不可见的.
- 基类Exception中的what成员函数最好定义为虚函数,方便子类对其进行重写,从而达到多态的效果.
标准库异常体系
C++标准库当中的异常也是一个基础体系,其中exception就是各个异常类的基类,我们可以在程序中使用这些标准异常,它们之间的继承关系如下:
下表是对上面继承体系中出现的每个异常的说明:
说明一下:
- exception类的what成员函数和析构函数都定义成了虚函数,方便子类对其进行重写,从而达到多态的效果.
- 实际中我们也可以去继承exception类来实现自己的异常类,但实际中很多公司都会自己定义一套异常继承体系.
异常的优缺点
异常的优点:
- 异常对象定义好了,相比错误码的方式可以清晰准确的展现出错误的各种信息,甚至可以包括堆栈调用信息,可以帮助更好的定位程序bug.
- 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码,最终最外层才能拿到错误信息.
- 很多第三方库都会使用异常,比如boost,gtest,gmock等等常用得库,如果我们不用异常就不能很好得发挥这些库得作用.
- 很多测试框架也都使用异常,因此使用异常能更好得使用单元测试进行白盒测试.
- 部分函数使用异常更好处理,比如T& operator这样得函数,如果pos越界个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.
异常得缺点:
- 异常会导致程序的执行流乱跳,并且非常的混乱,会导致我们跟踪调试以及分析程序时比较困难.
- 异常会有一些性能的开销,当然在现代硬件速度很块的情况下,这个影响基本忽略不计.
- 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,死锁等问题.这个需要使用RAII来处理资源管理问题,学习成本比较高.
- C++标准库的异常体系定义的不够好,导致大家各自定义自己的异常体系,非常混乱.
- 异常尽量规范使用,负责后果不堪设想,随意抛异常,也会让外层捕捉的用户苦不堪言.
- 异常接口声明不是强制的,对于没有声明异常类型的函数,无法预知该函数是否会抛异常.
总结 ：异常总体而言，利大于弊，所以工程中我们还是鼓励使用异常的。另外 OO 的语言基本都是
用异常处理错误，这也可以看出这是大势所趋。
