异常处理

在C++中，定义了标准异常类，我们可以使用它们来进行异常处理。它们的关系如下：基类是exception，他有4个派生类：bad_alloc，bad_cast，runtime_error，logic_error；其中runtime_error有3个派生类：overflow_error、underflow_error、range_error；logic_error有个派生类：domain_error、invalid_argument、length_error以及out_of_range。

异常处理的基本流程是：由待检测的部分抛出一个对象，此后，程序不会执行throw后面的语句，（如果你在throw前面new了一个指针，而在throw后才delete，那么就悲剧了！这个问题我们稍后再讨论）而是转到匹配的catch语句处理。catch处理完以后，执行与try相关的最后一个catch后面的语句。

先看一个简单的例子：

Sales_item operator+(const Sales_item& lhs,const Sales_item& rhs){if(!lhs.same_isbn(rhs))throw runtime_error("data must refer to same ISBN ");Sales_item ret(lhs);ret += rhs;return ret;}int main(){Sales_item trans1("aaa",10,200);Sales_item trans2("bbb",5,100);Sales_item trans3;try{trans3 = trans1 + trans2;}catch(const runtime_error &e){cerr<<e.what()<<" try agian! "<<endl;}cout<<trans3;return 0;}

异常处理有3个关键点：抛出异常时会发生什么，捕获异常时会发生什么，以及用来传递错误对象的含义。在这里，抛出的是一个runtime_error类的异常，并用string对象来初始化这个异常。然后程序将跳转到对应的catch语句处（后面再讨论如何跳转），然后在多条catch语句中寻找第一条匹配的，然后通过传递给catch语句的实参，进行异常处理。这里的处理很简单，打印runtime_error对象的what函数的返回值，这个返回值是初始化runtime_error的C风格的字符串。

注意：在处理异常时，抛出异常的块中的局部存储不存在了。而被抛出的对象不是局部储存的，而是用throw表达式初始化一个异常对象，这个对象由编译器管理，驻留在可能被激活的任意catch都能访问的空间。由于异常抛出时都进行了一次副本拷贝，因此异常对象必须是可以复制的。

通常抛出的类型是任意的，只要我们在catch捕获相同的类型，你完全可以写成：

throw string("data must refer to same ISBN ");

 

而在catch中：

 

catch(const string &e){cerr<<e<<" try agian! "<<endl;}

但有一点要注意：抛出类型的静态类型决定了异常对象的类型。通常这并没有任何问题，但是当你抛出的是对指针的解引时，问题就来了。根据动态绑定，假设你指向的是一个派生类成员，但是指针的类型却是基类，那么就只能抛出基类部分。如果你抛出的不是指针的解引，而是指针本身，问题就更大了：因为抛出指向局部对象的指针时后，并不能保证这个对象还存在。

 

那么到底是如何查找到catch的呢？是通过一种成为栈展开的方式：先检查throw是不是在try的内部，如果是，检查与该try相关的catch句子，看有没有匹配的，如果有，处理该异常。举一个例子：

try{if(!lhs.same_isbn(rhs))throw string("data must refer to same ISBN ");}catch(const string &e){cerr<<e<<" try agian! "<<endl;}

但这种情况其实比较少见，因为我们定义异常处理的本意，就是将异常的检测和处理过程分离，要不然的话，我们可以直接：

if(!lhs.same_isbn(rhs)){cerr<<"data must refer to same ISBN"<<endl;exit(0);}

如果找不到，就退出当前函数（释放资源、撤销局部对象），在调用函数中查找。这就是我们例子中的方式。

 

在栈展开的过程，会自动撤销资源。但是如果一个块直接分配资源，并在释放之前异常，那么栈栈展开期间都不会释放资源。如果释放的类类型，那么会调用该类的析构函数，如果析构函数也发生异常，那么会怎么样呢？这会导致调用标准库的terminate函数，而这个函数将调用abort函数，导致整个程序非正常退出。

 

具体是哪个catch呢？这取决于异常说明符的类型与throw类型的匹配。如果有多个符合条件的匹配，则选择第一个catch（而不是最匹配的catch）。其实这种匹配是非常严格的，不能存在隐式类型转化，只存在const与非const之间的转化，数组与指针的转换，以及派生类到基类的转化。正因为如此，当catch的异常说明符是派生类的引用时，也可以捕获基类的异常对象，从而发生匹配。所以，当我们写catch时，一定要把派生类异常说明符的catch写在前面，而把基类的写在后面，否则每次catch到异常，都会交由异常说明符为基类类型引用的catch来处理，举一个例子，对于原始的例子，发出的是throw runtime_error("data must refer to same ISBN ");如果异常处理程序这么写：

try { trans3 = trans1 + trans2;} catch(exception e) {          cerr<<"exception "<<endl;    } catch(const runtime_error &re){           cerr<<" runtime_error "<<endl;  }catch(overflow_error eobj){cerr<<" overflow_error "<<endl;}

 

那么打印的结果是第一条语句，虽然第二条更加匹配，但是编译器总是选择匹配的第一条语句。在在这种情况下，我们通常是把派生类类型的异常说明符写在前面，而把基类的写在后面。
如果有的异常在这个层次中不能处理，那么我们可以通过throw;语句重新抛出该异常。注意：异常的类型是原来异常的对象，不是catch的形参：

try{try { trans3 = trans1 + trans2;} catch(exception e) {         cerr<<"exception "<<endl; throw;} }catch(const runtime_error &re){           cerr<<" runtime_error "<<endl;  }

通常由于我们不知道到底会抛出什么异常，可以通过catch(...)来捕获所有异常：

try{try{try { trans3 = trans1 + trans2;} catch(exception e) {  cerr<<"exception "<<endl; throw;} }catch(const overflow_error eobj){           cerr<<" overflow_error"<<endl;  }}catch(...){cout<<"error"<<endl;}

 

程序有一点需要注意：程序触发的异常是runtime_error，catch(exception e) 会捕获它并重新发出该异常，这个异常catch(const overflow_error eobj)处理不了，而是通过catch(...)来处理的。显而易见的，当使用多个catch时，catch(...)必须放在最后一个。

通常，类的构造函数容易发生异常。对于构造函数，很可能发生异常，而对于构造函数列表中初始化的变量，检测异常需要一些特殊的格式，举一个例子：

template <class T> class Foo{public:Foo(const T& v)//构造函数初始化列表try:val(v),ptr(new T(v)){//构造函数体cout<<"构造函数"<<endl;}catch(const std::bad_alloc &e){cout<<"初始化失败"<<endl;}~Foo(){delete ptr;}void get(){cout<<val<<"\t"<<*ptr<<endl;}private:T val;T *ptr;};

因为构造函数列表是执行在构造函数体之前的，所以要把try放在列表之前，这样的话就可以从整个构造函数中抛出异常了。
通常我们可以定义自己异常类，也可以从标准异常类中继承下来：

class isbn_mismatch: public std::logic_error{public:string left,right;explicit isbn_mismatch(const string &s):logic_error(s){}isbn_mismatch(const string &s,const string &lhs,const string &rhs):logic_error(s),left(lhs),right(rhs){}virtual ~isbn_mismatch() throw(){}};

那么重载+操作符需要修改为：

if(!lhs.same_isbn(rhs))throw isbn_mismatch("ISBN mismatch ",lhs.book(),rhs.book());

在main函数中修改为：

try{trans3 = trans1 + trans2;}catch(const isbn_mismatch &e){cerr<<e.what()<<": left ISBN: "<<e.left<<" right ISBN: "<<e.right <<endl;}

 

我们前面提到过，如果我们在析构函数中释放了资源，那么即使出现异常，在撤销类的时候会调用析构函数而释放资源。如果new了一个指针，而在delete之前发生了异常，那么这个指针将不会被撤销。这促使我们使用更安全的编程策略：异常安全的编程技术—即使异常发生，程序也能正确操作。我们通过一个类来封装资源的分配和释放，而不是传统的把数据直接暴漏出来。这样即使出现异常，类的析构函数也能释放资源。
在C++标准库中，定义auto_ptr类，这个类就完成了上述工作，它在memory头文件中定义先看一个简单的例子：

 

void f1(){int *ptr = new int(1024);throw std::runtime_error (" 故意引起的错误");delete ptr;}void f(){auto_ptr<int> pi(new int(1024));throw std::runtime_error (" 故意引起的错误");}

通过对比它的使用就一目了然了，但是我们需要注意：
1.auto_ptr只能管理new 的指针，不能管理动态分配的数组。更不能用它保存指向静态对象的指针。因为当auto_ptr被撤销时，会试图删除这个指针，从而发生错误。
2.必须使用初始化的方法将auto_ptr对象与指针绑定auto_ptr<int> pi(new int(1024));而不能使用赋值操作符：auto_ptr<int> pi = new int(1024)。
3.这个类重载了解引和箭头操作符，很方便我们的使用：

auto_ptr<Sales_item> pi(new Sales_item("aaa",10,20));pi->book();

 

4.有一点需要特别注意：auto_ptr对象的复制和赋值是破坏性操作：这与内置的指针有很大的区别。当复制auto_ptr对象或者用它给别的auto_ptr对象赋值时，基础对象的所有权从原来的对象转化成了新的对象，原来的对象处于未绑定状态。对于赋值操作，不仅将基础对象的所有权从右操作数传给了左操作数，还删除了左操作的基础对象。因此，我们不能将它储存在容器中，容器要求存储的类型在复制（或者赋值）后，两个对象的指针要相等，而auto_ptr会删除其中的一个对象。
5.必须使用get函数来测试auto_ptr是否绑定，不能直接if(p)来判断指针是否有效，；必须使用reset给对象重新赋值不能直接 p = new int (1024);将地址赋给auto_ptr对象，需要使用reset函数：

int main(){auto_ptr<int> p (new int (1024));auto_ptr<int> p1 = p;//if(p)if(p.get()== 0)// p = new int (1024)p.reset( new int( 1000));cout<<*p1<<endl;cout<<*p<<endl;return 0;}

异常说明：如果函数抛出异常，被抛出的异常将是包含在该说明中的一种。我们可以在形参列表之后加上throw，再跟上（可能为空的）异常类型列表：

 

void divide(int dividend = 0,int divisor = 0) throw(std::runtime_error){if(! divisor)throw runtime_error("divisor must not equal to 0! ");cout<<dividend/divisor<<endl;}

这表明该函数如果抛出一个异常，那么这个异常将是runtime_error或者是它的派生类。如果没有异常说明，则表示他可以抛出任何类型的异常；如果列表为空，则不抛出任何异常。

如果程序抛出了没有在异常列表中列出的异常，那么就会调用标准库中的unexpected函数，这个函数调用terminate函数终止程序。编译器不会检查异常说明与抛出的异常是否匹配。这样看来异常说明有点鸡肋，但是有一种情况却可以使用它：如果函数可以确保不抛出任何异常时，我们将throw后面的异常类型为设为空。此时，这个函数就可以执行被可能抛出异常代码所抑制的优化。

注意，当一个函数提供了异常说明后，异常说明也是这个函数类型的一部分，在指向函数的指针中会用到。此时，除了形参，返回值之外，指针抛出的类型也是衡量匹配的标准之一，我们要确保：指针抛出的类型必须更加宽松：指针声明为可以抛出任何异常，函数声明为抛出runtime_error，这样是可以的。如果指针声明不抛出异常，那么函数就不能抛出异常了，否则无法用这个函数给指向函数的指针赋值。同样的情况出现在指针的赋值中：源指针的异常说明必须至少与目标指针一样严格。

在处理继承关系时，我们要确保，派生类的异常说明类型不能比基类“宽松”：基类函数抛出的异常是派生类的超集。举个例子：

class Base{public:virtual double f1(double) throw();virtual int f2(int) throw(std::logic_error);virtual string f3()throw (std::logic_error,std::runtime_error);};class Derived:public Base{public://错误，基类不抛出，而派生类抛出double f1(double) throw(std::underflow_error);//正确：二者级别一样int f2(int) throw(std::logic_error);//正确：派生类的是基类的特例string f3()throw (std::logic_error);};

关于异常的问题就是这么多了。