C++缝隙间的重构史诗：异常
C++缝隙间的重构史诗：异常
通过合理的异常处理机制，程序可以在遇到异常情况时，避免直接崩溃，而是采取合适的措施，如提示用户错误信息、进行数据回滚、尝试重新执行操作等，从而增强程序的健壮性和稳定性
1.为什么要有异常处理机制？
🚩传统的错误处理机制：
- 终止程序，如
assert，缺陷：用户难以接受。如发生内存错误，除0错误时就会终止程序 - 返回错误码，缺陷：需要程序员自己去查找对应的错误。如系统的很多库的接口函数都是通过把错误码放到
errno中，表示错误
实际中 C 语言基本都是使用返回错误码的方式处理错误，部分情况下使用终止程序处理非常严重的错误，因此通过异常机制来实现错误的查找回滚修改是很有必要的
2.异常的抛出捕获机制
double Division(int a, int b)
{
// 当b == 0时抛出异常
if (b == 0)
throw "Division by zero condition!";
else
return ((double)a / (double)b);
}
void Func()
{
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
catch (...)
{
cout << "unkown exception" << endl;
}
return 0;
}异常机制是一种错误处理机制，当一个函数发现自己无法处理的错误时就可以抛出异常，让函数的直接或间接的调用者处理这个错误
throw: 当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用throw关键字来完成的，即当出错误时，会通过抛出，然后打印错误信息等方式告诉程序员错误的问题是什么try:try块中的代码标识将被激活的特定异常，它后面通常跟着一个或多个catch块，即将可能会发生错误的函数放在try块里catch: 在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常，catch关键字用于捕获异常，可以有多个catch进行捕获，根据环境不同选择合适的类型匹配catch
errmsg 是在异常处理中专门用来存放特定类型异常所携带错误信息的变量，方便后续对异常情况进行处理和提示
那么异常的实现流程是怎么样的呢？
- 首先检查
throw本身是否在try块内部，如果是再查找匹配的catch语句。如果有匹配的，则调到catch的地方进行处理 - 没有匹配的
catch则退出当前函数栈，继续在调用函数的栈中进行查找匹配的catch - 如果到达
main函数的栈，依旧没有匹配的，则终止程序。上述这个沿着调用链查找匹配的catch子句的过程称为栈展开，所以实际中我们最后都要加一个catch(...)捕获任意类型的异常，否则当有异常没捕获，程序就会直接终止 - 找到匹配的
catch子句并处理以后，会继续沿着catch子句后面继续执行
try 在查找匹配的 catch 的流程图大概模式如图所示，类似于栈的递归
转换到上述的示例代码，即在 main 函数中，使用 try 块调用 Func 函数。如果 Func 函数中调用的 Division 函数抛出了 const char* 类型的异常，会被第一个 catch 块捕获，并输出异常信息；如果抛出了其他类型的异常，会被第二个 catch 块（使用 ... 表示捕获所有类型的异常）捕获，并输出 “unkown exception”
🔥值得注意的是：
- 异常是通过抛出对象而引发的，可以抛出任意类型的对象，该对象的类型决定了应该激活哪个
catch的处理代码 - 被选中的处理代码是调用链中与该对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那一个
- 抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象可能是一个临时对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝的临时对象会在被
catch以后销毁（这里的处理类似于函数的传值返回） catch(...)可以捕获任意类型的异常，问题是不知道异常错误是什么，防止程序直接终止了，也意味着程序抛出了个未知的异常throw其实也可以有多个，但是这没有意义，第一个throw执行之后，就跳到对应的catch语块去了，后面的throw并不会执行- 实际中抛出和捕获的匹配原则有个例外，并不都是类型完全匹配，可以抛出的派生类对象，使用基类捕获，这个在实际中非常实用，我们后面会详细讲解这个
3.异常的重新抛出
double Division(int a, int b)
{
// 当b == 0时抛出异常
if (b == 0)
{
throw "Division by zero condition!";
}
return (double)a / (double)b;
}
void Func()
{
int* array = new int[10];
try {
int len, time;
cin >> len >> time;
cout << Division(len, time) << endl;
}
catch (...)
{
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
throw;
}
// ...
cout << "delete []" << array << endl;
delete[] array;
}
int main()
{
try
{
Func();
}
catch (const char* errmsg)
{
cout << errmsg << endl;
}
return 0;
}这里 Division 函数当 b == 0 时抛出异常，Func 函数内如果不直接捕获异常，跳到外面去 catch 的话，后面的 delete[] array 就不会执行了，会造成内存泄漏，因此需要先捕获异常，使语句正常执行，然后再将异常抛出
诸如此类，像这样为完成操作的抛出，值得注意：
- 构造函数完成对象的构造和初始化，最好不要在构造函数中抛出异常，否则可能导致对象不完整或没有完全初始化
- 析构函数主要完成资源的清理，最好不要在析构函数内抛出异常，否则可能导致资源泄漏(内存泄漏、句柄未关闭等)
C++中异常经常会导致资源泄漏的问题，比如在new和delete中抛出了异常，导致内存泄漏，在lock和unlock之间抛出了异常导致死锁，C++经常使用RAII来解决以上问题，关于RAII我们智能指针这节进行讲解
4.异常的规范
以 exception 异常类为例，发现 C++98 的异常规范为：
// 这里表示这个函数会抛出A/B/C/D中的某种类型的异常
void fun() throw(A，B，C，D);
// 这里表示这个函数只会抛出bad_alloc的异常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);
// 这里表示这个函数不会抛出异常
void* operator delete (std::size_t size, void* ptr) throw();异常规格说明的目的是为了让函数使用者知道该函数可能抛出的异常有哪些，可以在函数的后面接 throw(类型)，列出这个函数可能抛掷的所有异常类型；函数的后面接 throw()，表示函数不抛异常；若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常
// C++11 中新增的noexcept，表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;到了 C++11，因为之前的方式几乎没什么人用，索性改成有或没有异常抛出的选项
5.异常的继承体系
// 服务器开发中通常使用的异常继承体系
class Exception
{
public:
Exception(const string& errmsg, int id)
:_errmsg(errmsg)
, _id(id)
{
}
virtual string what() const
{
return _errmsg;
}
protected:
string _errmsg;
int _id;
};
class SqlException : public Exception
{
public:
SqlException(const string& errmsg, int id, const string& sql)
:Exception(errmsg, id)
, _sql(sql)
{
}
virtual string what() const
{
string str = "SqlException:";
str += _errmsg;
str += "->";
str += _sql;
return str;
}
private:
const string _sql;
};
class CacheException : public Exception
{
public:
CacheException(const string& errmsg, int id)
:Exception(errmsg, id)
{
}
virtual string what() const
{
string str = "CacheException:";
str += _errmsg;
return str;
}
};
class HttpServerException : public Exception
{
public:
HttpServerException(const string& errmsg, int id, const string& type)
:Exception(errmsg, id)
, _type(type)
{
}
virtual string what() const
{
string str = "HttpServerException:";
str += _type;
str += ":";
str += _errmsg;
return str;
}
private:
const string _type;
};
void SQLMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 7 == 0)
{
throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
}
//throw "xxxxxx";
}
void CacheMgr()
{
srand(time(0));
if (rand() % 5 == 0)
{
throw CacheException("权限不足", 100);
}
else if (rand() % 6 == 0)
{
throw CacheException("数据不存在", 101);
}
SQLMgr();
}
void HttpServer()
{
// ...
srand(time(0));
if (rand() % 3 == 0)
{
throw HttpServerException("请求资源不存在", 100, "get");
}
else if (rand() % 4 == 0)
{
throw HttpServerException("权限不足", 101, "post");
}
CacheMgr();
}
int main()
{
while (1)
{
this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
try {
HttpServer();
}
catch (const Exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
{
// 多态
cout << e.what() << endl;
}
catch (...)
{
cout << "Unkown Exception" << endl;
}
}
return 0;
}不同开发人员可能根据自己的习惯随意抛出各种类型的异常，可能是标准库异常，也可能是自定义的零散异常类。这会导致在捕获异常时，很难使用统一的方式进行处理。例如，有的函数抛出 std::runtime_error，有的抛出自定义的简单字符串异常，外层调用者需要编写多种不同的 catch 块来捕获，代码会变得冗长且难以维护
所以公司就设计出了继承体系，抛出的异常对象都是继承自某个基类的派生类对象。这样，在捕获异常时，只需要捕获基类类型的异常，利用多态特性，就可以处理所有从该基类派生出来的各种具体异常类型
这里的代码里有一个基类 Exception，以及继承自它的三个派生类 SqlException、CacheException 和 HttpServerException。每个派生类都重写了 what() 方法，用于返回不同的异常信息
6.异常的优缺点
C++异常的优点：
- 异常对象定义好了，相比错误码的方式可以清晰准确的展示出错误的各种信息，甚至可以包含堆栈调用的信息，这样可以帮助更好的定位程序的
bug - 返回错误码的传统方式有个很大的问题就是，在函数调用链中，深层的函数返回了错误，那么我们得层层返回错误，最外层才能拿到错误，具体看下面的详细解释
- 很多的第三方库都包含异常，比如
boost、gtest、gmock等等常用的库，那么我们使用它们也需要使用异常 - 部分函数使用异常更好处理，比如构造函数没有返回值，不方便使用错误码方式处理。比如
T& operator这样的函数，如果pos越界了只能使用异常或者终止程序处理，没办法通过返回值表示错误
C++异常的缺点：
- 异常会导致程序的执行流乱跳，并且非常的混乱，并且是运行时出错抛异常就会乱跳，这会导致我们跟踪调试时以及分析程序时，比较困难
- 异常会有一些性能的开销。当然在现代硬件速度很快的情况下，这个影响基本忽略不计
C++没有垃圾回收机制，资源需要自己管理。有了异常非常容易导致内存泄漏、死锁等异常安全问题。这个需要使用RAII来处理资源的管理问题。学习成本较高C++标准库的异常体系定义得不好，导致大家各自定义各自的异常体系，非常的混乱- 异常尽量规范使用，否则后果不堪设想，随意抛异常，外层捕获的用户苦不堪言。所以异常规范有两点：一、抛出异常类型都继承自一个基类。二、函数是否抛异常、抛什么异常，都使用
func（） throw();的方式规范化
总结：异常总体而言，利大于弊，所以工程中我们还是鼓励使用异常的。另外OO的语言基本都是用异常处理错误，这也可以看出这是大势所趋
腾讯云开发者
