【C++】面向对象之C++异常-007

it2022-05-05  198

C++异常

第七章 C++异常7.1 异常基本概念7.2 异常语法7.2.1 异常基本语法7.2.2 异常严格类型匹配7.2.3 栈解旋(unwinding)7.2.4 异常接口声明7.2.5 异常变量生命周期7.2.6 异常的多态使用 7.3 C++标准异常库7.3.1 标准库介绍7.3.2 编写自己的异常类

第七章 C++异常


7.1 异常基本概念


Bjarne Stroustrup说:提供异常的基本目的就是为了处理上面的问题。基本思想是:让一个函数在发现了自己无法处理的错误时抛出(throw)一个异常,然后它的(直接或者间接)调用者能够处理这个问题。也就是《C++ primer》中说的:将问题检测和问题处理相分离。

一种思想:在所有支持异常处理的编程语言中(例如java),要认识到的一个思想:在异常处理过程中,由问题检测代码可以抛出一个对象给问题处理代码,通过这个对象的类型和内容,实际上完成了两个部分的通信,通信的内容是“出现了什么错误”。当然,各种语言对异常的具体实现有着或多或少的区别,但是这个通信的思想是不变的。

一句话:异常处理就是处理程序中的错误。所谓错误是指在程序运行的过程中发生的一些异常事件(如:除0溢出,数组下标越界,所要读取的文件不存在,空指针,内存不足等等)。

回顾一下:我们以前编写程序是如何处理异常?

在C语言的世界中,对错误的处理总是围绕着两种方法:一是使用整型的返回值标识错误;二是使用errno宏(可以简单的理解为一个全局整型变量)去记录错误。当然C++中仍然是可以用这两种方法的。

这两种方法最大的缺陷就是会出现不一致问题。例如有些函数返回1表示成功,返回0表示出错;而有些函数返回0表示成功,返回非0表示出错。

还有一个缺点就是函数的返回值只有一个,你通过函数的返回值表示错误代码,那么函数就不能返回其他的值。当然,你也可以通过指针或者C++的引用来返回另外的值,但是这样可能会令你的程序略微晦涩难懂。

c++异常机制相比C语言异常处理的优势?

函数的返回值可以忽略,但异常不可忽略。如果程序出现异常,但是没有被捕获,程序就会终止,这多少会促使程序员开发出来的程序更健壮一点。而如果使用C语言的error宏或者函数返回值,调用者都有可能忘记检查,从而没有对错误进行处理,结果造成程序莫名其面的终止或出现错误的结果。整型返回值没有任何语义信息。而异常却包含语义信息,有时你从类名就能够体现出来。整型返回值缺乏相关的上下文信息。异常作为一个类,可以拥有自己的成员,这些成员就可以传递足够的信息。异常处理可以在调用跳级。这是一个代码编写时的问题:假设在有多个函数的调用栈中出现了某个错误,使用整型返回码要求你在每一级函数中都要进行处理。而使用异常处理的栈展开机制,只需要在一处进行处理就可以了,不需要每级函数都处理。 //如果判断返回值,那么返回值是错误码还是结果? //如果不判断返回值,那么b==0时候,程序结果已经不正确 //A写的代码 int A_MyDivide(int a,int b){ if (b == 0){ return -1; } return a / b; } //B写的代码 int B_MyDivide(int a,int b){ int ba = a + 100; int bb = b; int ret = A_MyDivide(ba, bb); //由于B没有处理异常,导致B结果运算错误 return ret; } //C写的代码 int C_MyDivide(){ int a = 10; int b = 0; int ret = B_MyDivide(a, b); //更严重的是,由于B没有继续抛出异常,导致C的代码没有办法捕获异常 if (ret == -1){ return -1; } else{ return ret; } } //所以,我们希望: //1.异常应该捕获,如果你捕获,可以,那么异常必须继续抛给上层函数,你不处理,不代表你的上层不处理 //2.这个例子,异常没有捕获的结果就是运行结果错的一塌糊涂,结果未知,未知的结果程序没有必要执行下去

7.2 异常语法


7.2.1 异常基本语法

int A_MyDivide(int a, int b){ if (b == 0){ throw 0; } return a / b; } //B写的代码 B写代码比较粗心,忘记处理异常 int B_MyDivide(int a, int b){ int ba = a; int bb = b; int ret = A_MyDivide(ba, bb) + 100; //由于B没有处理异常,导致B结果运算错误 return ret; } //C写的代码 int C_MyDivide(){ int a = 10; int b = 0; int ret = 0; //没有处理异常,程序直接中断执行 #if 1 ret = B_MyDivide(a, b); //处理异常 #else try{ ret = B_MyDivide(a, b); //更严重的是,由于B没有继续抛出异常,导致C的代码没有办法捕获异常 } catch (int e){ cout << "C_MyDivide Call B_MyDivide 除数为:" << e << endl; } #endif return ret; } int main(){ C_MyDivide(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }

总结:

若有异常则通过throw操作创建一个异常对象并抛出。将可能抛出异常的程序段放到try块之中。如果在try段执行期间没有引起异常,那么跟在try后面的catch字句就不会执行。catch子句会根据出现的先后顺序被检查,匹配的catch语句捕获并处理异常(或继续抛出异常)如果匹配的处理未找到,则运行函数terminate将自动被调用,其缺省功能调用abort终止程序。处理不了的异常,可以在catch的最后一个分支,使用throw,向上抛。

c++异常处理使得异常的引发和异常的处理不必在一个函数中,这样底层的函数可以着重解决具体问题,而不必过多的考虑异常的处理。上层调用者可以在适当的位置设计对不同类型异常的处理。

7.2.2 异常严格类型匹配

异常机制和函数机制互不干涉,但是捕捉方式是通过严格类型匹配。

void TestFunction(){ cout << "开始抛出异常..." << endl; //throw 10; //抛出int类型异常 //throw 'a'; //抛出char类型异常 //throw "abcd"; //抛出char*类型异常 string ex = "string exception!"; throw ex; } int main(){ try{ TestFunction(); } catch (int){ cout << "抛出Int类型异常!" << endl; } catch (char){ cout << "抛出Char类型异常!" << endl; } catch (char*){ cout << "抛出Char*类型异常!" << endl; } catch (string){ cout << "抛出string类型异常!" << endl; } //捕获所有异常 catch (...){ cout << "抛出其他类型异常!" << endl; } system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }

7.2.3 栈解旋(unwinding)

异常被抛出后,从进入try块起,到异常被抛掷前,这期间在栈上构造的所有对象,都会被自动析构。析构的顺序与构造的顺序相反,这一过程称为栈的解旋(unwinding).

class Person{ public: Person(string name){ mName = name; cout << mName << "对象被创建!" << endl; } ~Person(){ cout << mName << "对象被析构!" << endl; } public: string mName; }; void TestFunction(){ Person p1("aaa"); Person p2("bbb"); Person p3("ccc"); //抛出异常 throw 10; } int main(){ try{ TestFunction(); } catch (...){ cout << "异常被捕获!" << endl; } system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }

7.2.4 异常接口声明

为了加强程序的可读性,可以在函数声明中列出可能抛出异常的所有类型,例如:void func() throw(A,B,C);这个函数func能够且只能抛出类型A,B,C及其子类型的异常。如果在函数声明中没有包含异常接口声明,则此函数可以抛任何类型的异常,例如:void func()一个不抛任何类型异常的函数可声明为:void func() throw()如果一个函数抛出了它的异常接口声明所不允许抛出的异常,unexcepted函数会被调用,该函数默认行为调用terminate函数中断程序。 //可抛出所有类型异常 void TestFunction01(){ throw 10; } //只能抛出int char char*类型异常 void TestFunction02() throw(int,char,char*){ string exception = "error!"; throw exception; } //不能抛出任何类型异常 void TestFunction03() throw(){ throw 10; } int main(){ try{ //TestFunction01(); //TestFunction02(); //TestFunction03(); } catch (...){ cout << "捕获异常!" << endl; } system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }

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7.2.5 异常变量生命周期

throw的异常是有类型的,可以是数字、字符串、类对象。throw的异常是有类型的,catch需严格匹配异常类型。 class MyException { public: MyException(){ cout << "异常变量构造" << endl; }; MyException(const MyException & e) { cout << "拷贝构造" << endl; } ~MyException() { cout << "异常变量析构" << endl; } }; void DoWork() { throw new MyException(); //test1 2都用 throw MyExecption(); } void test01() { try { DoWork(); } catch (MyException e) { cout << "捕获 异常" << endl; } } void test02() { try { DoWork(); } catch (MyException &e) { cout << "捕获 异常" << endl; } } void test03() { try { DoWork(); } catch (MyException *e) { cout << "捕获 异常" << endl; delete e; } }

7.2.6 异常的多态使用

//异常基类 class BaseException{ public: virtual void printError(){}; }; //空指针异常 class NullPointerException : public BaseException{ public: virtual void printError(){ cout << "空指针异常!" << endl; } }; //越界异常 class OutOfRangeException : public BaseException{ public: virtual void printError(){ cout << "越界异常!" << endl; } }; void doWork(){ throw NullPointerException(); } void test() { try{ doWork(); } catch (BaseException& ex){ ex.printError(); } }

7.3 C++标准异常库


7.3.1 标准库介绍

标准库中也提供了很多的异常类,它们是通过类继承组织起来的。异常类继承层级结构图如下:

每个类所在的头文件在图下方标识出来。

标准异常类的成员:

① 在上述继承体系中,每个类都有提供了构造函数、复制构造函数、和赋值操作符重载。② logic_error类及其子类、runtime_error类及其子类,它们的构造函数是接受一个string类型的形式参数,用于异常信息的描述③ 所有的异常类都有一个what()方法,返回const char* 类型(C风格字符串)的值,描述异常信息。

标准异常类的具体描述:

异常名称描述exception所有标准异常类的父类bad_alloc当operator new and operator new[],请求分配内存失败时bad_exception这是个特殊的异常,如果函数的异常抛出列表里声明了bad_exception异常,当函数内部抛出了异常抛出列表中没有的异常,这是调用的unexpected函数中若抛出异常,不论什么类型,都会被替换为bad_exception类型bad_typeid使用typeid操作符,操作一个NULL指针,而该指针是带有虚函数的类,这时抛出bad_typeid异常bad_cast使用dynamic_cast转换引用失败的时候ios_base::failureio操作过程出现错误logic_error逻辑错误,可以在运行前检测的错误runtime_error运行时错误,仅在运行时才可以检测的错误

logic_error的子类:

异常名称描述length_error试图生成一个超出该类型最大长度的对象时,例如vector的resize操作domain_error参数的值域错误,主要用在数学函数中。例如使用一个负值调用只能操作非负数的函数out_of_range超出有效范围invalid_argument参数不合适。在标准库中,当利用string对象构造bitset时,而string中的字符不是’0’或’1’的时候,抛出该异常

runtime_error的子类:

异常名称描述range_error计算结果超出了有意义的值域范围overflow_error算术计算上溢underflow_error算术计算下溢invalid_argument参数不合适。在标准库中,当利用string对象构造bitset时,而string中的字符不是’0’或’1’的时候,抛出该异常 #include<stdexcept> class Person{ public: Person(int age){ if (age < 0 || age > 150){ throw out_of_range("年龄应该在0-150岁之间!"); } } public: int mAge; }; int main(){ try{ Person p(151); } catch (out_of_range& ex){ cout << ex.what() << endl; } system("pause"); return EXIT_SUCCESS; }

7.3.2 编写自己的异常类

编写自己的异常类? ① 标准库中的异常是有限的; ② 在自己的异常类中,可以添加自己的信息。(标准库中的异常类值允许设置一个用来描述异常的字符串)。

如何编写自己的异常类? ① 建议自己的异常类要继承标准异常类。因为C++中可以抛出任何类型的异常,所以我们的异常类可以不继承自标准异常,但是这样可能会导致程序混乱,尤其是当我们多人协同开发时。 ② 当继承标准异常类时,应该重载父类的what函数和虚析构函数。 ③ 因为栈展开的过程中,要复制异常类型,那么要根据你在类中添加的成员考虑是否提供自己的复制构造函数。

//自定义异常类 class MyOutOfRange:public exception { public: MyOutOfRange(const string errorInfo) { this->m_Error = errorInfo; } MyOutOfRange(const char * errorInfo) { this->m_Error = string( errorInfo); } virtual ~MyOutOfRange() { } virtual const char * what() const { return this->m_Error.c_str() ; } string m_Error; }; class Person { public: Person(int age) { if (age <= 0 || age > 150) { //抛出异常 越界 //cout << "越界" << endl; //throw out_of_range("年龄必须在0~150之间"); //throw length_error("长度异常"); throw MyOutOfRange(("我的异常 年龄必须在0~150之间")); } else { this->m_Age = age; } } int m_Age; }; void test01() { try { Person p(151); } catch ( out_of_range & e ) { cout << e.what() << endl; } catch (length_error & e) { cout << e.what() << endl; } catch (MyOutOfRange e) { cout << e.what() << endl; } }

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