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一. C语言传统的处理错误的方式
传统的错误处理机制:
1.1 终止程序,如assert
比如发生严重的错误,比如除0,内存泄漏等等,会直接终止程序。
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。
1.2 返回错误码
#include <stdio.h>
// 定义错误码
enum ErrorCode {
ERR_SUCCESS = 0,
ERR_FAILURE = 1,
ERR_INVALID_ARG = 2
};
// 示例函数,可能会失败
int mightFailFunction(int value) {
// 检查参数是否有效
if (value <= 0) {
return ERR_INVALID_ARG; // 如果参数无效,返回对应的错误码
}
// 模拟一些可能失败的操作
if (rand() % 2 == 0) { // 假设随机决定成功与否
return ERR_SUCCESS; // 成功时返回0
} else {
return ERR_FAILURE; // 失败时返回非零错误码
}
}
int main() {
int result = mightFailFunction(-1);
if (result == ERR_SUCCESS) {
printf("操作成功\n");
} else if (result == ERR_FAILURE) {
printf("操作失败\n");
} else if (result == ERR_INVALID_ARG) {
printf("参数无效\n");
} else {
printf("未知错误码: %d\n", result);
}
return 0;
}
缺陷:
(1)错误码不好设置。比如除0时,我们不好设置这个返回数,因为并不知道返回的是结果还是错误码。
(2)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
异常是一种面向对象语言处理错误的方式,概念为: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。
基本语法词:
- 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 和 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:
double Division(int a, int b)
{
//当p=0时抛出异常
if (b == 0)
{
throw"Division by zero condition!";
}
else
{
return ((double)a / (double)b);
}
}
int main()
{
try
{
int a,b;
cin>>a>>b;
Division(a,b);
}
catch(const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
return 0;
}
三. 异常的使用
3.1 异常的抛出与捕获
(1)异常的抛出与捕获规则
- 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哪个catch的处理代码。
- 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。
double Division(int a, int b)
{
//当p=0时抛出异常
if (b == 0)
{
throw"Division by zero condition!";
}
else
{
return ((double)a / (double)b);
}
}
void fxx()
{
int i = 0;
cin >> i;
if (i % 2 == 0)
{
throw 1;
}
}
void func()
{
try
{
fxx();
}
catch (int x)
{
cout <<__LINE__<< "捕获异常" << x << endl;//__LINE__代表当前行号
}
cout << "===============" << endl;
}
int main()
{
try
{
func();
}
catch(const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
catch (int x)
{
cout << __LINE__ << x << endl;
}
cout << "++++++++++++++++++++++" << endl;
return 0;
}
可以看见是匹配离他近的func()函数中的catch。
- 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)
- 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。
- 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。
(2)在函数调用链中异常栈展开匹配原则
- 首先检查throw本身是否在try块内部,如果是再查找匹配的catch语句。如果有匹配的,则调到catch的地方进行处理。
- 没有匹配的catch则退出当前函数栈,继续在调用函数的栈中进行查找匹配的catch。
- 如果到达main函数的栈,依旧没有匹配的,则终止程序。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。所以实际中我们最后都要加一个catch(...)捕获任意类型的异 常,否则当有异常没捕获,程序就会直接终止。
- 找到匹配的catch子句并处理以后,会继续沿着catch子句后面继续执行。
结论:按照函数调用链,一层一层往外找,直到找到匹配的catch块,直接跳到匹配的catch块执行,执行完catch,会继续往catch块后面的语句执行。相当于没有找到匹配的函数栈帧被释放了。
3.2 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。
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 fyy() noexcept
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
}
void func()
{
//这里可以看到如果发生除0错误抛出异常,下面的array数组就没有得到释放
//所以这里捕获异常但是不处理异常,异常还是交给外面处理,这里捕获了再抛出去
//就能delete array了
int* array = new int[10];
try
{
fyy();
}
catch (...)
{
//捕获异常不是为了处理异常
//是为了释放内存,然后异常再重新抛出
cout << "delete[]" << array << endl;
delete[] array;
throw;//捕到什么抛什么
}
cout << "delete[]" << array << endl;
delete[] array;
}
3.3 异常安全问题
由于抛异常只要找到匹配的catch就直接跳到catch块执行,没有找到对应catch的函数就不会继续执行。这样导致函数的执行流回很乱。可能会导致一些问题。
- 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者对象没有初始化。
- 析构函数主要完成资源的清理,最好也不要在析构函数内抛出异常,否则可能导致资源泄露。
- C++异常经常会导致资源泄露的问题,比如在new和delete中抛出了异常,导致内存泄漏,需要通过RAII来解决,我们在智能指针那篇具体解决。
3.4 异常规范说明
- 异常规格说明的目的是为了让函数使用者知道该函数可能抛出的异常有哪些。 可以在函数的 后面接throw(类型),列出这个函数可能抛掷的所有异常类型。
- 函数的后面接throw(),表示函数不抛异常。
- 若无异常接口声明,则此函数可以抛掷任何类型的异常。
// 这里表示这个函数会抛出A/B/C/D中的某种类型的异常
void fun() throw(A,B,C,D);
// 这里表示这个函数只会抛出bad_alloc的异常
void* operator new (size_t size) throw (bad_alloc);
// 这里表示这个函数不会抛出异常
void* operator delete (size_t size, void* ptr) throw();
// C++11 中新增的noexcept,表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;
四. 自定义异常体系
在实际中,并不是我们想抛什么异常就抛什么异常,这样会导致捕捉的时候不好捕捉。而是,会建立一个继承体系,建立一个异常类,派生类继承这个类,来定义出不同的异常。
到时候抛出异常,只需要用基类进行捕捉即可。
基类相当于是一个基础结构,派生类就是具体的异常。那么当出现异常的时候,就可以抛出派生类,由基类去捕捉。
我们来看看在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; // 错误描述
int _id; // 错误编号
};
// 继承和多态
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;
};
class A
{
public:
A()
{
cout << "A()" << endl;
_ptr1 = new int;
_ptr2 = new int;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
delete _ptr1;
delete _ptr2;
}
private:
int* _ptr1;
int* _ptr2;
};
void SQLMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 7 == 0)
{
throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
}
cout << "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!运行成功" << endl;
}
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()
{
A aa;
srand(time(0));
if (rand() % 3 == 3)
{
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();
}
五. C++标准库的异常体系
C++ 提供了一系列标准的异常,我们可以在程序中使用这些标准的异常。它们也是以父 子类层次结构组织起来的,如下所示:
说明:
int main()
{
try {
vector<int> v(10, 5);
// 这里如果系统内存不够也会抛异常
v.reserve(1000000000);
// 这里越界会抛异常
v.at(10) = 100;
}
catch (const exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
{
cout << e.what() << endl;
}
catch (...)
{
cout << "Unkown Exception" << endl;
}
return 0;
}
六. 异常的优缺点
6.1 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。
- 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。
- 在函数调用链中,深层函数返回错误,我们得层层返回,需要不断的判断是什么错误,再返回给最外层。异常直接会找到对应的catch执行,不需要判断是什么错误。
- 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这样返回不固定类型的函数,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。
6.2 异常的缺点
- 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。这会 导致我们跟踪调试时以及分析程序时,比较困难。
- 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。
- C++标准库的异常体系定义得不好,导致大家各自定义各自的异常体系,非常的混乱。
- 异常尽量规范使用,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throw(“异常”);的方式规范化。
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。
总结:
好了,到这里今天的知识就讲完了,大家有错误一点要在评论指出,我怕我一人搁这瞎bb,没人告诉我错误就寄了。
祝大家越来越好,不用关注我(疯狂暗示)