《C++高级编程》--错误处理

• 什么是异常？异常是一种机制，利用这种异常机制，一段代码可以通知另一段代码发生了一种“异常”情况或错误条件，而不能再沿着正常代码的路径前进。• C中的错误处理C错误处理的标准就是使用整型的返回码和errno宏来通知程序出现了错误；许多C++程序也沿承了这种方法。但是，在不同的程序中，返回码和errno或许并没有一致的规范，即同样的数据可能代表不同的意义，这往往会导致错误。• C++中的异常优点： 函数的返回码可以被忽略，但是异常不可忽略，否则程序会终止； 异常可以包含语义信息，返回码显然不可以； 异常可以返回相关的上下文信息，甚至用来传递消息(这一点有人认为是对异常的滥用)，返回码不可以； 异常处理可以在调用栈中跳级。也就是说，在栈中，出错调用之上不一定刚好就是错误处理代码。但是，返回码要求各级调用栈都必须在前 一级清除之后显示清除。(有疑问？？？？？？？？？？？) 缺点： 性能问题，为支持异常而增加的语言特性会使所有程序变慢，即使根本没有使用异常的程序也会因此而变慢； C++中的异常支持并不是该语言中的一个集成部分，比如，一个没有指定异常列表的函数能抛出任意类型的异常，但在JAVA中是不可以的； 另外，C++并不能保证编译时异常列表，这说明函数的异常列表可能会在运行时改动。 异常机制会对动态分配的内存和资源清除带来问题，如，由于抛出了异常而被有执行后续的释放已分配资源的语句；• 使用介绍#include <fstream>#include <iostream>#include <vector>#include <string>#include <stdexcept>using namespace std;void readIntegerFile( const string& fileName,vector<int>& dest ) { ifstream istr; int temp; istr.open( fileName.c_str( ) ); if( istr.fail( ) ) { throw invalid_argument( "" ); } while( istr>>temp ) dest.push_back( temp ); if( istr.eof( ) ) istr.close( ); else { istr.close( ); throw runtime_error( "" ); } }int main( ) { try { readIntegerFile( fileName,myInts ); } catch( const invalid_argument& e ) { cerr<<"Unable open file"<<endl; exit( 1 ); } catch( const runtime_error& e ) { cerr<<"Error reading file"<<endl; exit( 1 ); } return 0; }注意： 可以抛出任何类型的异常。如throw 5;throw "you input rong name";C++定义了8个异常类，我们还可以编写自己的异常类。 程序catch块可以按值、按引用、const引用或指针来捕获异常: catch(const exception& e);catch(exception &e);catch(exception e)都可以 异常被捕获的顺序和catch块中的先后顺序有关，因为异常类之间支持多态性，所以 catch(const exception& e)可以捕获所有继承自exception的异常类。要匹配任何异常的方式：try{//...} catch(...) //就是3个点号{//...}未捕获的异常：如果存在一个未捕获的异常，可以改变程序的行为，而不是简单的退出。当程序遇到一个未捕获的异常时，它会调用内置的terminate()函数，这个函数只是简单的调用<cstdlib>中的abort()来关闭程序。可以调用set_terminate(),并提供一个回调函数指针来设置自己的terminate_handler,这个回调函数无参且无返回值。注意，自己定义的回调函数也必须终止程序，否则程序还是会以某种方式调用abort().但是，我们可以使用自定义的回调函数在退出之前打印有帮助的消息。void myTerminate( ) { cout<<"Uncaught exception!"<<endl; exit( 1 ); //必须退出 }int main( ) { vector<int> myInts; const string fileName="IntegerFile.txt"; terminate_handler old_handler=set_terminate( myTerminate ); //注意其返回原来的回调函数句柄 readIntegerFile( fileName,myInts ); for( size_t i=0;i<myInts.size( );++i ) cout<<myInts[ i ]" "; cout<<endl; set_terminate( old_handler ); //复原 return 0; }• 抛出列表C++允许指定一个函数或方法想要抛出的异常，这个规范称之为抛出列表throw list或异常规范exception specification.void readIntegerFile(const string& fileName,vector<int>& dest) throw(invalid_argument,runtime_error)抛出列表只是列出了可能由函数抛出的各种异常类型。需要注意，函数原型声明的时候也要写上抛出列表。void readIntegerFile(const string& fileName,vector<int>& dest) throw(invalid_argument,runtime_error);不同与const，异常规范并不是函数或方法签名的一部分。不能只根据抛出列表中不同的异常来重载一个函数或方法。如果一个函数没有指定抛出列表，它就能抛出任何异常。如果想要指定一个函数不抛出任何异常，就需要明确的写一个空的抛出列表:void readIntegerFile(const string& fileName,vector<int>& dest) throw();抛出异常列表以外的异常时，可以编译通过，但是程序运行以后会终止。抛出列表不能阻止函数抛出未列出的异常类型，但是能够阻止异常到达处理函数。一个函数抛出了未在异常列表中的异常时，C++会调用unexpected().unexpected()只是内置实现调用terminate()。不过同样也可以像自定义terminate_handler函数一样，同样也可以自定义unexpected_handler。注意，在unexpected_handler中我们可以选择抛出一个新异常或是终止程序。如果抛出了一个新异常，这个异常会取代原来的异常，就好像一开始就抛出这个新异常一样。如果新抛出的异常仍不在异常列表中，程序就会做：如果函数的异常列表包括bad_exception，则会抛出bad_exception;否则，函数终止。在覆盖方法中修改抛出列表：在子类中覆盖一个virtual方法时，可以修改抛出列表。只要所修改的抛出列表比超类中的抛出列表更为限定more restrictive更为具体就行。一下修改都认为是更限定的修改： 从列表中删除异常，但是禁止全部删除; 增加超类抛出列表中所出现异常的子类，即用子类异常代替父类异常；注意：在覆盖方法时，如果修改了抛出列表，则不能增加异常，因为由于多态性子类抛出了父类没有列出的异常，则会引起unexpected()的调用。C++中的异常类是有层次结构和继承关系的，所以满足类的继承性和多态性。在多态地捕获异常的时候，要确保按引用捕获异常；如果按值捕获异常，可能会遇到切割问题，这样就会丢失对象信息。• 栈展开和清除当一段代码抛出一个异常时，控制会立即跳至与该异常匹配的异常处理程序。这个异常处理程序可能位于栈中一个或几个函数调用之上。当控制在栈中上跳时，这个过程称为栈展开stack unwinding.当前执行点之后各函数中余下的所有代码都会跳过。不过，每个“展开”函数中的局部对象和变量会撤销，就好像代码正常完成这个函数一样。但是，在栈展开过程中，指针变量不会释放(也就是堆中分配)，而且不会完成其他清除工作。#include <stdexcept>void funcOne( ) throw( exception );void funcTwo( ) throw( exception );int main( ) { try { funcOne( ); } catch( const exception& e ) { cerr<<"Exception caught /n"; exit( 1 ); } return 0; }void funcOne( ) throw( exception ) { string str1; //str1在栈上，最后会自己消除 string* str2=new string( ); //产生内存泄漏 funcTwo( ); delete str2; //不会被执行 }void funcTwo( ) throw( exception ) { ifstream istr; //istr定义在栈上，所以最后程序退出时会自动调用istr的析构函数，来关闭文件 istr.open( "filename" ); throw exception( ); //异常抛出后会直接跳到main中的cerr语句执行 istr.close( ); //异常点以后的语句都不会执行 }通过上面的例子，我们应该意识到，在栈上分配的内存在程序结束后都会自动撤销，而堆上却不会。解决上面内存泄漏的两种方法：1、捕获、清除和重新抛出void funcOne( ) throw( exception ) { string str1; string* str2=new string( ); try { funcTwo( ); } catch( ... ) //捕获所有的异常 { delete str2; //清除指针数据 throw; //把捕获的异常重新抛给上层函数 } delete str2; }2、使用智能指针#include <memory>void funcOne( )throw ( exception ) { string str1; auto_ptr<string> str2( new string( "hello" ) ); //智能指针会在程序结束后自动删除指针数据 funcTwo( ); }• 常见的错误处理1、内存分配错误使用new/new[]分配内存失败时，会抛出bad_alloc的异常，这个类型在<new>中定义。首先，我们可以使用try-catch来捕获异常:try { ptr=new int[ numbers ]; }catch( const bad_alloc& e ) { cerr<<"Unable to allocate memory"<<endl; return ; }//allocate succeed然后，可以禁止new返回异常，也就是调用new(nothrow),这样分配失败时会返回NULL：ptr=new( nothrow ) int [ numberes ]; //nothrow是new的一个参数if( ptr==NULL ) { cerr<<"Unable to allocate memory"<<endl; return ; }最后，可以“定制内存分配失败行为”(要考虑到，记录一个错误也是需要分配内存的，如果new失败，甚至可能没有留下足够的内存来记录错误信息)C++允许指定一个new处理程序newhandler回调函数。默认并没有new处理程序，因此new/new[]只会抛出bad_alloc异常。但是，如果存在一个new处理函数的话，一旦分配内存失败，就会执行new处理函数，然后内存分配进程就会再次尝试分配内存，如果不成功，还会再调用new处理函数，一直循环下去。(C++中有3个设置回调的函数：set_terminate(),set_unexpected(),set_new_handler() .)#include <new>#include <cstdlib>void myNewHandler( ) { cerr<<"unable to allocate memory"<<endl; abort( ); }int main( ) { //... new_handler oldHandler=set_new_handler( myNewHandler ); //... set_new_handler( oldHandler ); //... return 0; }2、构造函数中的错误由于构造函数没有返回值，所以无法采用C中常用的方法来进行判断。一个可行的方法是，在类中定义一个标志符和一个检查标识符的函数，在定义一个对象以后调用该函数进行检测。使用异常：class Test{public: Test( ) { int i,j; m_arry=new int* [ mWidth ]; //失败也没有影响 try { for(i=0;i<mWidth;++i) m_Cell[ i ]=new int[ mHeight ]; } catch( ... ) { for( j=0;j<i;++j ) delete [ ] m_Cell[j]; delete [ ] m_Cell; throw bad_alloc( ); } }}注意：如果由异常退出构造函数，该对象的析构函数是不会被调用的。因此，要小心处理已分配的内存。如果增加了继承，超类的构造函数会在子类构造函数调用以前调用。如果子类构造函数抛出了一个异常，那么超类的析构函数会调用吗？C++将确保那些构造函数完成的对象的析构函数一定会被调用。3、析构函数中出现错误应该在析构函数自身中处理其自己出现的错误。很新颖地，C++提供了一种能力：可以确定是因为一个正常的退出或撤销函数调用(delete)来执行析构函数，还是由于栈展开而执行析构函数。<exception>头文件中，有一个uncaught_exception(),如果有一个未捕获的异常，而且正处在栈展开的过程中，它就会返回true，否则发挥false。不过这种方法很混乱，应当避免。