c++异常处理

一、什么是异常处理

        一句话：异常处理就是处理程序中的错误。

二、为什么需要异常处理，以及异常处理的基本思想

        C++之父Bjarne Stroustrup在《The C++ Programming Language》中讲到：一个库的作者可以检测出发生了运行时错误，但一般不知道怎样去处理它们（因为和用户具体的应用有关）；另一方面，库的用户知道怎样处理这些错误，但却无法检查它们何时发生（如果能检测，就可以再用户的代码里处理了，不用留给库去发现）。

        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。
The fundamental idea is that a function that finds a problem it cannot cope with throws an exception, hoping that its (direct or indirect) caller can handle the problem.

        也就是《C++ primer》中说的：将问题检测和问题处理相分离。
Exceptions let us separate problem detection from problem resolution

        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。

三、异常出现之前处理错误的方式

        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。

四、异常为什么好

    在如果使用异常处理的优点有以下几点：

        1. 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。

        2. 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。

        3. 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。

        4. 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。

五、C++中使用异常时应注意的问题

    任何事情都是两面性的，异常有好处就有坏处。如果你是C++程序员，并且希望在你的代码中使用异常，那么下面的问题是你要注意的。

        1. 性能问题。这个一般不会成为瓶颈，但是如果你编写的是高性能或者实时性要求比较强的软件，就需要考虑了。

（如果你像我一样，曾经是java程序员，那么下面的事情可能会让你一时迷糊，但是没办法，谁叫你现在学的是C++呢。）

       2. 指针和动态分配导致的内存回收问题：在C++中，不会自动回收动态分配的内存，如果遇到异常就需要考虑是否正确的回收了内存。在java中，就基本不需要考虑这个，有垃圾回收机制真好！

        3. 函数的异常抛出列表：java中是如果一个函数没有在异常抛出列表中显式指定要抛出的异常，就不允许抛出；可是在C++中是如果你没有在函数的异常抛出列表指定要抛出的异常，意味着你可以抛出任何异常。

        4. C++中编译时不会检查函数的异常抛出列表。这意味着你在编写C++程序时，如果在函数中抛出了没有在异常抛出列表中声明的异常，编译时是不会报错的。而在java中，eclipse的提示功能真的好强大啊！

        5. 在java中，抛出的异常都要是一个异常类；但是在C++中，你可以抛出任何类型，你甚至可以抛出一个整型。（当然，在C++中如果你catch中接收时使用的是对象，而不是引用的话，那么你抛出的对象必须要是能够复制的。这是语言的要求，不是异常处理的要求）。

        6. 在C++中是没有finally关键字的。而java和python中都是有finally关键字的。

六、异常的基本语法

1. 抛出和捕获异常

        很简单，抛出异常用throw，捕获用try……catch。

        捕获异常时的注意事项：

             1. catch子句中的异常说明符必须是完全类型，不可以为前置声明，因为你的异常处理中常常要访问异常类的成员。例外：只有你的catch子句使用指针或者引用接收参数，并且在catch子句内你不访问异常类的成员，那么你的catch子句的异常说明符才可以是前置声明的类型。

             2. catch的匹配过程是找最先匹配的，不是最佳匹配。

             3. catch的匹配过程中，对类型的要求比较严格。不允许标准算术转换和类类型的转换。（类类型的转化包括两种：通过构造函数的隐式类型转化和通过转化操作符的类型转化）。

             4. 和函数参数相同的地方有：
                    ① 如果catch中使用基类对象接收子类对象，那么会造成子类对象分隔（slice）为父类子对象（通过调用父类的复制构造函数）；
                    ② 如果catch中使用基类对象的引用接受子类对象，那么对虚成员的访问时，会发生动态绑定，即会多态调用。
                    ③ 如果catch中使用基类对象的指针，那么一定要保证throw语句也要抛出指针类型，并且该指针所指向的对象，在catch语句执行是还存在（通常是动态分配的对象指针）。

             5. 和函数参数不同的地方有：  
                    ① 如果throw中抛出一个对象，那么无论是catch中使用什么接收（基类对象、引用、指针或者子类对象、引用、指针），在传递到catch之前，编译器都会另外构造一个对象的副本。也就是说，如果你以一个throw语句中抛出一个对象类型，在catch处通过也是通过一个对象接收，那么该对象经历了两次复制，即调用了两次复制构造函数。一次是在throw时，将“抛出到对象”复制到一个“临时对象”（这一步是必须的），然后是因为catch处使用对象接收，那么需要再从“临时对象”复制到“catch的形参变量”中； 如果你在catch中使用“引用”来接收参数，那么不需要第二次复制，即形参的引用指向临时变量。
                    ② 该对象的类型与throw语句中体现的静态类型相同。也就是说，如果你在throw语句中抛出一个指向子类对象的父类引用，那么会发生分割现象，即只有子类对象中的父类部分会被抛出，抛出对象的类型也是父类类型。（从实现上讲，是因为复制到“临时对象”的时候，使用的是throw语句中类型的（这里是父类的）复制构造函数）。
                    ③ 不可以进行标准算术转换和类的自定义转换：在函数参数匹配的过程中，可以进行很多的类型转换。但是在异常匹配的过程中，转换的规则要严厉。

                    ④ 异常处理机制的匹配过程是寻找最先匹配（first fit），函数调用的过程是寻找最佳匹配（best fit）。

2. 异常类型

        上面已经提到过，在C++中，你可以抛出任何类型的异常。（哎，竟然可以抛出任何类型，刚看到到这个的时候，我半天没反应过来，因为java中这样是不行的啊）。

         注意：也是上面提到过的，在C++中如果你throw语句中抛出一个对象，那么你抛出的对象必须要是能够复制的。因为要进行复制副本传递，这是语言的要求，不是异常处理的要求。（在上面“和函数参数不同的地方”中也讲到了，因为是要复制先到一个临时变量中）

3. 栈展开

        栈展开指的是：当异常抛出后，匹配catch的过程。

        抛出异常时，将暂停当前函数的执行，开始查找匹配的catch子句。沿着函数的嵌套调用链向上查找，直到找到一个匹配的catch子句，或者找不到匹配的catch子句。

        注意事项：

               1. 在栈展开期间，会销毁局部对象。

                     ① 如果局部对象是类对象，那么通过调用它的析构函数销毁。

                     ② 但是对于通过动态分配得到的对象，编译器不会自动删除，所以我们必须手动显式删除。（这个问题是如此的常见和重要，以至于会用到一种叫做RAII的方法，详情见下面讲述）

               2. 析构函数应该从不抛出异常。如果析构函数中需要执行可能会抛出异常的代码，那么就应该在析构函数内部将这个异常进行处理，而不是将异常抛出去。

                     原因：在为某个异常进行栈展开时，析构函数如果又抛出自己的未经处理的另一个异常，将会导致调用标准库 terminate 函数。而默认的terminate 函数将调用 abort 函数，强制从整个程序非正常退出。

               3. 构造函数中可以抛出异常。但是要注意到：如果构造函数因为异常而退出，那么该类的析构函数就得不到执行。所以要手动销毁在异常抛出前已经构造的部分。

4. 异常重新抛出

        语法：使用一个空的throw语句。即写成： throw;   

        注意问题：

                ① throw;  语句出现的位置，只能是catch子句中或者是catch子句调用的函数中。
                ② 重新抛出的是原来的异常对象，即上面提到的“临时变量”，不是catch形参。
                ③ 如果希望在重新抛出之前修改异常对象，那么应该在catch中使用引用参数。如果使用对象接收的话，那么修改异常对象以后，不能通过“重新抛出”来传播修改的异常对象，因为重新抛出不是catch形参，应该使用的是 throw e;  这里“e”为catch语句中接收的对象参数。

5. 捕获所有异常（匹配任何异常）

        语法：在catch语句中，使用三个点（…）。即写成：catch (…)   这里三个点是“通配符”，类似 可变长形式参数。

        常见用法：与“重新抛出”表达式一起使用，在catch中完成部分工作，然后重新抛出异常。

6. 未捕获的异常

        意思是说，如果程序中有抛出异常的地方，那么就一定要对其进行捕获处理。否则，如果程序执行过程中抛出了一个异常，而又没有找到相应的catch语句，那么会和“栈展开过程中析构函数抛出异常”一样，会 调用terminate 函数，而默认的terminate 函数将调用 abort 函数，强制从整个程序非正常退出。

7. 构造函数的函数测试块

        对于在构造函数的初始化列表中抛出的异常，必须使用函数测试块（function try block）来进行捕捉。语法类型下面的形式：