异常处理

异常处理字面的意思就是：当程序出现了不符合预期的情况（不一定是错误），采取一定的后续措施进行处理。

异常处理机制

我们以一个简单但不是很严谨的例子作为开始，来介绍异常处理机制。

假设我们有一个图书销售系统。系统里面有某个自定义类型class BookISBN;，表示某本书的ISBN编号。

主程序大概是这样：

class BookISBN
{
public:    // ...
    std::string GetISBN() const;  // 成员函数，返回ISBN编号
    // ...
    }
    // ...
    int main(){
    Init();     // 初始化系统
    while(1)
    {
        run();  // 运行系统
    }    
    return 0;
}

假设系统的运行过程中需要比较两本图数的价格：

void run()
{   
 // ...
    if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN())  // book_a book_b 假设已经定义
    {        
    // 继续后面的处理
    }    
    else
    {        
    cout<< "错误！两本书的ISBN不一样，不能进行比较！";  // 进行出错后的其它后续操作，比如释放内存一类的
    }
}

我们可以看到，在上面的程序中，我们可以采用分支条件来处理意外出现的情况。

现在我们思考两个问题：

• 如果程序不止一处需要做这样的意外处理呢？

• 如果意外情况是嵌套在系统的深层（上面的 if-else 是被 run 间接调用），而出现错误后需要跳转到上层调用的某个特定位置呢？

针对第一个问题：我们可以将意外处理（也就是异常处理）封装成一个函数，然后在需要的地方调用。

针对第二个问题：我们可以精心设计函数的接口，使其满足我们的处理流程。但这是很困难的一件事。

所以上面给出的解决方案，理论上可以实现我们的需求，但是较为繁琐，对于程序设计的能力要求也就高。

于是，异常处理机制便出现了。异常处理从感官上来看表现得更为优雅，从功能上来说还能将问题的检测和解决分离开，实现统一处理。

异常处理机制的流程

当程序出现异常的时候，我们需要记录下发生的异常信息，比如数组越界，内存不足等等。而记录异常信息的方式便是通过一个对象来保存这些信息，这个对象也叫做异常对象。

异常对象的类型既可以是STL提供的类型，也可以是自定义的类。如果是自定义异常类型，该类型必须具有拷贝构造函数或者移动构造函数。

异常处理机制的流程是：

• 抛出异常对象。在异常发生的位置通过关键字throw抛出一个异常对象

• 接收异常对象并进行异常处理。在异常发生的作用域内或者外层作用域内接受异常并处理。

下面主要分两个部分介绍异常处理。

抛出异常对象

我们先定义一个异常类型

class Error{public:
    Error() = default;
    Error(string error_type):_error_type(error_type){}
    Error(const Error &error) = default;  // 使用合成的拷贝构造函数
private:    
    string _error_type;
}

那么如何抛出异常呢？

通过关键字throw。抛出异常对象的代码如下：

// ...
Error error("这是一个异常"); // 定义异常对象
throw error;     // 抛出异常
// 当然也可以这样 throw Error("这是一个异常");

在我们的图数销售系统中使用抛出异常的完整代码如下：

// 系统中的类类型
class BookISBN
{
public:    
// ...
    std::string GetISBN() const;  // 成员函数，返回ISBN编号
    }
    // 异常对象类型
class Error
{
public:
    Error() = default;
    Error(string error_type):_error_type(error_type)
    {
    }
    Error(const Error &error) = default;  // 使用合成的拷贝构造函数
    private:    string _error_type;
}// 主函数void run(){    // ...
    if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN())  // book_a book_b 假设已经定义
    {        
    // 继续后面的处理
    }    
    else
    {        /************************************************************/
        *    抛出异常                                                 *
        *    异常的处理交给异常接收代码（后面介绍如何接收异常）  *
        *************************************************************/        
        throw Error("错误！两本书的ISBN不一样，不能进行比较！");  // 抛出异常
    }
}
// 主程序
int main(){
    Init();     // 初始化系统
    
    while(1)
    {
        run();  // 运行系统
    }    
    return 0;
}

程序在执行throw error_object后到底做了什么事呢？

1. 在全局作用域内创建了一个error_object的副本。这个临时全局对象的地址由编译器进行分配管理，在合适的时候（比如异常处理结束）由编译器进行销毁。程序员不用操心。

   所以这也是为什么异常对象必须要有拷贝（移动）构造函数的原因。

2. 销毁throw语句前已经创建的局部对象。大家可以把throw理解为具有return功能的关键字。

   所以throw之前一定要释放new/malloc的对象防止内存泄漏。

另外需要声明的一点就是，在创建异常对象的全局副本的时候是按照静态类型来拷贝。

假设类Derived继承自类Base

Derived d;
Base &rd = d;throw rd;

此时，创建的异常对象d的全局副本只包含基类Base的部分。（这个是很自然的事，特别写出来是担心大家有疑虑）

接收异常对象并处理

当我们抛出对象之后，程序就开始搜索可以接收异常对象的代码。接收异常的方式是使用try catch两个关键字。

具体的用法入下代码：

try{    // 这里是包含可能抛出异常的代码
}
catch(ErrorType1 error)  // 
{    // 处理异常。想怎么处理就怎么写呗。
}
catch(ErrorType2 error)
{    // 同上
    // catch 分支可以有一个也可以有多个，看自己需要}
...

我们在try的作用域内抛出异常。编译器在外部作用域查找到catch关键字接收异常，然后就像函数调用一样，用异常对象的全局副本作为实参，传进与之类型相匹配的catch块中，然后继续执行代码。

我们把接收异常的代码加入主程序后的完整代码：

// 系统中的类类型class BookISBN{public:   // ...
    std::string GetISBN() const;  // 成员函数，返回ISBN编号}// 异常对象类型
    
    class Error{public:
    Error() = default;
    Error(string error_type):_error_type(error_type){}
    Error(const Error &error) = default;   // 使用合成的拷贝构造函数
    private:    string _error_type;
}// 主函数void run(){    // ...
    if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义
    {        // 继续后面的处理
    }    else
    {        throw Error("错误！两本书的ISBN不一样，不能进行比较！");  // 抛出异常
    }
}// 主程序int main(){
    Init();     // 初始化系统
    
    while(1)
    {        /************************************************************/
        *    将可能抛出异常的代码用 try 块包含                           *
        *    一旦 try 中的代码抛出异常 跟随 try 后面的 catch 便会捕捉到抛出 *
        *    的异常。（如果没有匹配的catch块就继续往上一层搜索，如果最后没有任 *
        *    何相匹配的catch，则程序直接终止。                            *
        *************************************************************/        
        try
        {
            run();  // 运行系统
        }        catch(Error e)
        {            // 处理异常
        }
    }    
    return 0;
}

另外需要注意的三点说明：

• 注意catch块的接收顺序，尤其是异常类型是具有继承关系的类型。

  class Base;class Derived:public Base;void f(){    try
      {        throw Derived();  // 抛出 Derived 类型的异常
      }    catch(Base b)
      {        // 异常会被 Base 接收。（进行了隐式类型转换。这是和赋值操作一样的嘛，很好理解。）
      }    catch(Derived d)
      {        // 异常不会进入这里
      }
  }

  catch会进行的隐式类型转换只有三种：常量->非常量、子类->父类、数组->指向数组首元素的指针（函数类似）。其它的任何类型都不会隐式转换，比如catch(int) 不能就收double类型的异常对象。

• 重抛出

  如果直接throw;不跟异常对象，那么就会抛出当前作用域内的异常对象，如果当前作用域没有则抛出上层作用域内的对象。

  try{    // ...}catch(Error e)
  {    // ...
      throw ;  // 相当于 throw e; }

• 捕获所有的异常

  如果catch的参数是...即catch(...)则这个catch块将接收当前作用域内（包括嵌套的内存作用域）之前所有没被接收的异常对象。

异常处理的其它相关细节

构造函数初始化列表抛出异常

class Test{public:
    Test(Object ob)
        :_ob(bo)   // 如果此时抛出异常，那么构造函数内的异常处理并不能接收到
        {       // 这个异常将会跑到构造Test类的作用域中，而且未构造完的Test对象并不会析构
            // ...
            try
            {
                
            }            catch
            {
                
            }
        }private:
    Object _ob;
}

替换的方法如下：

class Test{public:
    Test(Object ob) try:_ob(bo)      
    {               
        // ...
    }    catch(...)   // catch既能接收初始化列表抛出的异常
    {           // 也能够接收构造函数块里面的异常
        
    }private:
    Object _ob;
}

noexcept说明符

noexcept的意思是不抛出异常

void f()noexcept{
    
}

如果声明了 noexcept的函数抛出了异常，则程序直接终止。局部对象是否被释放是未定义的。

原文链接：https://www.cnblogs.com/refantasy/p/10076574.html

原文作者：ReFantasy