C++异常处理机制总结

参考文档：《C++编程思想》《C++Primer》《More effective C++》

 

一、             传统的错误处理机制：

 

1.         返回值或全局错误状态标志。

缺点：需要冗长的错误检查代码。

2.         C standard Library中的信号处理系统，signal函数。

缺点：信号处理机制比较复杂；耦合度高；复杂系统中的信号容易产生冲突。

3.         C standard Library中的非局部跳转函数，setjmp和longjmp。

缺点： C++的类析构函数不会被调用，对象不能正确被清理，造成内存泄漏；耦合度高。

 

二、             C++异常处理机制介绍：

 

1.         语法：

try{ throw 3.0;}catch (int) //如果处理块内不需要该变量，可以省略形参{ cout << "int exception happened!" << endl;}catch (double d){ cout << d << " double exception happened!" << endl;}catch (…){ cout << "unknown exception happened!" << endl;}

 

 

2.         说明：

1)        throw 可以抛出一个任意类型的变量(或表达式)(包括内置类型如int的变量，或者自定义的类型的变量)，catch 按照被抛出变量的编译时类型进行匹配，找到第一个匹配的类型即进入异常处理。

2)        异常处理是为了保证使程序能够不异常退出。

3)        建议：尽量不要使用throw抛出内置类型的变量。

4)        如果throw抛出的异常找不到匹配的类型，最终程序将调用C standard Library的terminate函数，程序将异常退出。

5)        当程序跳出try块时，try块内的局部变量被自动释放，对象的析构函数被调用。所以，为了保证程序不异常退出，应该保证析构函数不会抛出异常。

6)        调用函数时，程序的控制权最终还会返回到函数的调用处，但是当你抛出一个异常时，控制权永远不会回到抛出异常的地方。

7)        异常匹配时，只允许三种类型转换：const与非const；派生类与基类；数组与指针。(注意：不允许算术转换.)

8)        建议：catch子句的次序必须反映类型层次，派生类放到基类前面。

9)        throw出的对象称为异常对象(exception object)，由编译器管理，catch接受到的对象如果不是引用或指针的话，则进行对象拷贝。但是异常对象是程序结束才被释放。

10)     异常可以发生在构造函数中或者构造函数初始化式中。注意：如果异常发生在构造函数中，对象的析构函数将不会被调用！所以需要在构造函数中进行try-catch自己释放资源。另外，为了处理构造函数初始化式中可能发生的异常，语法应该修改为如下：

//normal constructorUserClass(): m_nA(1), m_nB(2) { /*constructor body*/ }//constructor using function try blockUserClass() try: m_nA(1), m_nB(2){ /*constructor body*/ }catch(…){ }

 

11)     标准库异常类定义在<exception><stdexcep>头文件中。

 

 

3.         重新抛出：

在catch块或被catch块调用的函数中，可以用”throw;”语句(throw空对象)将异常重新抛出。

 

4.         异常规格说明(exception specification)：

说明函数将会抛出什么类型的异常。

例子：

void func(int i) throw (runtime_error); //说明该函数func有可能抛出runtime_error异常void func(int i) throw(); //说明函数func不会抛出任何异常

 

1)        如果函数运行时抛出了其他类型的异常，程序将会调用标准库的unexpected函数，该函数将调用terminate退出程序。

2)        派生类的虚函数的异常规格说明只能和基类一样或比基类更严格，不能增加新的异常类型。

3)        注意：一般只会使用throw()来说明一个函数是安全的，不会抛出任何异常，这样编译器就可以对调用该函数的代码做出优化。一般不会使用其他的异常规格说明。

 

5.         标准异常库：（见<exception><stdexcep><new><typeinfo>头文件）

 

       其中，类exception的定义如下：

class exception{public: exception(); exception(const char* const &); exception(const exception&); exception& operator= (const exception&); virtual ~exception(); virtual char* what() const; //获得信息private: const char* _m_what; int _m_doFree;};

 

 

三、             使用异常处理机制的建议：

 

来自《C++编程思想》和《More Effective C++》的建议：

1.         不要使用异常的情形：

1)        绝对不要在异步事件中使用异常。如使用了信号机制的系统、中断处理程序等。

2)        不要在处理简单错误的时候使用异常。一般情况下，自己可以处理的错误就直接处理，只有当在此处处理不了的错误才抛出到更大的语境中。

3)        不要将异常用于流程控制，比如代替switch语句。因为异常处理效率非常低，而且编译器会做出很多程序员不知道的事情。

4)        遇到不可恢复的错误时，最好不用处理异常，直接将异常交给操作系统处理即可。

2.         应该使用异常的情形：

1)        遇到可以修正的错误，通过一些行为可以使程序继续执行；

2)        在当前的语境中不能完全处理的错误，但有可能在较高层的语境中可以处理，这时，可以通过将一个同样类型或者不同类型的异常抛出；

3)        发生不足以让程序退出的错误，但是你认为该错误是致命错误的时候，可以通过抛出异常便于及时发现故障而终止程序；

4)        为了简化错误处理。

 

3.         对使用异常的建议(1,4,5,6见MoreEffectiveC++)：

1)      慎重使用异常规格说明：当不确定函数抛出何种异常时，最好不要使用异常规格说明。

2)      尽量使用标准异常库的异常类：编写自定义的异常类之前，先查看标准异常库。如果标准异常库没有需要的语义的异常，尽量从标准异常类派生出自定义的异常类。

3)      建立自己的异常类层次结构。

4)      尽量通过引用来捕捉异常，原因有二：防止对象拷贝；防止对象slicing。异常对象由编译器统一管理，可以放心使用引用来操作。

5)      可以在构造函数中抛出异常：如果构造函数发生故障而没有及时发现，程序继续运行会造成不可预料的灾难性结果，这种情况下可以在构造函数中抛出异常。

6)      不要在析构函数中抛出异常。所以有时候需要在析构函数中处理异常。

 

 

四、             编码规范：

 

1.         函数的参数检查不合法时，抛出标准库的invalid_argument(logic_error子类)异常。

2.         调用函数时，应该检查logic_error异常，并做相应处理，该异常不足以使程序终止。

3.         发生致命逻辑错误或者不可恢复错误时，不要捕捉抛出的异常，直接将其交给操作系统处理，退出程序。

4.         尽量使用标准异常库的异常类，没有合适的标准异常时，建立自己的异常层次结构。

5.         自定义异常类时，应该从标准异常库中的类派生，异常类的名称应该能反映出错误的类型。

6.         使用引用来捕捉异常。

7.         不要使用catch(…)。

8.         捕捉到未知异常时，要重新抛出，以免发生故障后继续运行程序，造成不可预料的后果。

9.         尽量将资源释放写入析构函数，这样防止发生异常时，资源不能释放。

10.     不要使用异常规格说明。??讨论??

11.     建立一个系统的异常基类，将所有系统中发生的异常都封装成该基类的子类。 ??讨论??

 

五、             例子：

 

 #include <iostream>#include <exception>using namespace std; void func(int i){ if (i>100) { throw invalid_argument("invalid argument: argument can not be bigger than 100"); } //do something…} int main(){ int i; cout << "Please input a number less than 100:" << endl; cin >> i; try { func(i); } catch (logic_error& e) //caught by reference { cout << "invalid input: " << e.what() << endl; //logic_error, can be handled, do not need to abort } catch (exception&) { //do something… throw; //unknown exception caught, throw again } return 0;}

 

 

六、             对使用new操作符分配内存失败的说明：

较新的C++标准中规定，普通的new操作符失败时，抛出std::bad_alloc异常。但是在以前，new失败是简单的返回一个NULL指针。在一定的环境下，返回一个NULL指针来表示一个失败依然是一个不错的选择。C++标准委员会意识到这个问题，所以他们决定定义一个特别的new操作符版本，这个版本返回0表示失败。这就是nothrow new。

nothrow new只是简单的给operator new加了一个参数。

相关代码如下：

class nothrow_t // in namespace std{}; //empty classextern const nothrow_t nothrow; //an object , in namespace std //declarations from <new>void * operator new (size_t size, const std::nothrow_t &);//array versionvoid * operator new[] (size_t size, const std::nothrow_t &);

 

              所以，使用nothrow new时，可以如下使用：

#include <new>#include <iostream> // for std::cerr#include <cstdlib> // for std::exit()Task * ptask = new (std::nothrow) Task;if (!ptask){ std::cerr<<"allocation failure!"; std::exit(1);}

             

              也可以创建你自己的nothrow_t对象来完成相同的效应：

#include <new>std::nothrow_t nt;Task * ptask = new (nt) Task; //user-defined argumentif (!ptask)//...

 

  值得一提的是，在VC6和VC2005编译器下，默认的new操作符失败的行为也是简单的返回一个NULL指针，它们并不是遵循C++标准抛出一个std::bad_alloc异常。