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一、C語言傳統(tǒng)的處理錯(cuò)誤的方式

• 傳統(tǒng)的錯(cuò)誤處理機(jī)制：

1. 終止程序，如assert，缺陷：用戶難以接受。如發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤，除0錯(cuò)誤時(shí)就會終止程序。
2. 返回錯(cuò)誤碼，缺陷：需要程序員自己去查找對應(yīng)的錯(cuò)誤。如系統(tǒng)的很多庫的接口函數(shù)都是通過把錯(cuò)誤碼放到errno中，表示錯(cuò)誤實(shí)際中C語言基本都是使用返回錯(cuò)誤碼的方式處理錯(cuò)誤，部分情況下使用終止程序處理非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

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二、 C++異常概念

異常是一種處理錯(cuò)誤的方式，當(dāng)一個(gè)函數(shù)發(fā)現(xiàn)自己無法處理的錯(cuò)誤時(shí)就可以拋出異常，讓函數(shù)的直接或間接的調(diào)用者處理這個(gè)錯(cuò)誤。

• throw: 當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí)，程序會拋出一個(gè)異常。這是通過使用 throw 關(guān)鍵字來完成的。
• catch: 在您想要處理問題的地方，通過異常處理程序捕獲異常.catch 關(guān)鍵字用于捕獲異常，可以有多個(gè)catch進(jìn)行捕獲。
• try: try 塊中的代碼標(biāo)識將被激活的特定異常，它后面通常跟著一個(gè)或多個(gè) catch 塊。

如果有一個(gè)塊拋出一個(gè)異常，捕獲異常的方法會使用 try 和 catch 關(guān)鍵字。try 塊中放置可能拋出異常的代碼，try 塊中的代碼被稱為保護(hù)代碼。使用 try/catch 語句的語法如下所示：

try
{// 保護(hù)的標(biāo)識代碼
}
catch (ExceptionName e1)
{// catch 塊
}
catch (ExceptionName e2)
{// catch 塊
}
catch (ExceptionName eN)
{// catch 塊
}

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三、異常的使用

1.異常的拋出和捕獲

• 異常的拋出和匹配原則

1. 異常是通過拋出對象而引發(fā)的，該對象的類型決定了應(yīng)該激活哪個(gè)catch的處理代碼。

2. 被選中的處理代碼是調(diào)用鏈中與該對象類型匹配且離拋出異常位置最近的那一個(gè)。

3. 拋出異常對象后，會生成一個(gè)異常對象的拷貝，因?yàn)閽伋龅漠惓ο罂赡苁且粋€(gè)臨時(shí)對象，所以會生成一個(gè)拷貝對象，這個(gè)拷貝的臨時(shí)對象會在被catch以后銷毀。（這里的處理類似于函數(shù)的傳值返回）。

4. catch(…)可以捕獲任意類型的異常，問題是不知道異常錯(cuò)誤是什么。

5. 實(shí)際中拋出和捕獲的匹配原則有個(gè)例外，并不都是類型完全匹配，可以拋出的派生類對象，使用基類捕獲，這個(gè)在實(shí)際中非常實(shí)用，我們后面會詳細(xì)講解這個(gè)。

• 在函數(shù)調(diào)用鏈中異常棧展開匹配原則

1. 首先檢查throw本身是否在try塊內(nèi)部，如果是再查找匹配的catch語句。如果有匹配的，則調(diào)到catch的地方進(jìn)行處理。
2. 沒有匹配的catch則退出當(dāng)前函數(shù)棧，繼續(xù)在調(diào)用函數(shù)的棧中進(jìn)行查找匹配的catch。
3. 如果到達(dá)main函數(shù)的棧，依舊沒有匹配的，則終止程序。上述這個(gè)沿著調(diào)用鏈查找匹配的catch子句的過程稱為棧展開。所以實(shí)際中我們最后都要加一個(gè)catch(...)捕獲任意類型的異常，否則當(dāng)有異常沒捕獲，程序就會直接終止。
4. 找到匹配的catch子句并處理以后，會繼續(xù)沿著catch子句后面繼續(xù)執(zhí)行。

double Division(int a, int b)
{// 當(dāng)b == 0時(shí)拋出異常if (b == 0)throw "Division by zero condition!";	//異常后會跳轉(zhuǎn)到catch函數(shù)elsereturn ((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）{		//很多常見數(shù)據(jù)都是不可修改的，因此很多情況下都要用constcout << errmsg << endl;}catch (...) {cout << "unkown exception" << endl;}return 0;
}

2.異常的重新拋出

有可能單個(gè)的catch不能完全處理一個(gè)異常，在進(jìn)行一些校正處理以后，希望再交給更外層的調(diào)用鏈函數(shù)來處理，catch則可以通過重新拋出將異常傳遞給更上層的函數(shù)進(jìn)行處理。

double Division(int a, int b)
{// 當(dāng)b == 0時(shí)拋出異常if (b == 0){throw "Division by zero condition!";}return (double)a / (double)b;
}void Func()
{// 這里可以看到如果發(fā)生除0錯(cuò)誤拋出異常，另外下面的array沒有得到釋放。// 所以這里捕獲異常后并不處理異常，異常還是交給外面處理，這里捕獲了再// 重新拋出去。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;
}

3.異常安全

• 構(gòu)造函數(shù)完成對象的構(gòu)造和初始化，最好不要在構(gòu)造函數(shù)中拋出異常，否則可能導(dǎo)致對象不完整或沒有完全初始化。
• 析構(gòu)函數(shù)主要完成資源的清理，最好不要在析構(gòu)函數(shù)內(nèi)拋出異常，否則可能導(dǎo)致資源泄漏(內(nèi)存泄漏、句柄未關(guān)閉等)。
• C++中異常經(jīng)常會導(dǎo)致資源泄漏的問題，比如在new和delete中拋出了異常，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，在lock和unlock之間拋出了異常導(dǎo)致死鎖，C++經(jīng)常使用RAII來解決以上問題，關(guān)于RAII我們智能指針這節(jié)進(jìn)行講解。

4.異常規(guī)范

1. 異常規(guī)格說明的目的是為了讓函數(shù)使用者知道該函數(shù)可能拋出的異常有哪些。 可以在函數(shù)的后面接throw(類型)，列出這個(gè)函數(shù)可能拋擲的所有異常類型。

2. 函數(shù)的后面接throw()，表示函數(shù)不拋異常。

3. 若無異常接口聲明，則此函數(shù)可以拋擲任何類型的異常。

// 這里表示這個(gè)函數(shù)會拋出A/B/C/D中的某種類型的異常
void fun() throw(A，B，C，D);// 這里表示這個(gè)函數(shù)只會拋出bad_alloc的異常
void* operator new (std::size_t size) throw (std::bad_alloc);// 這里表示這個(gè)函數(shù)不會拋出異常
void* operator delete (std::size_t size, void* ptr) throw();// C++11 中新增的noexcept，表示不會拋異常
thread() noexcept;
thread(thread&& x) noexcept;

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四、自定義異常體系

實(shí)際使用中很多公司都會自定義自己的異常體系進(jìn)行規(guī)范的異常管理，因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目中如果大家隨意拋異常，那么外層的調(diào)用者基本就沒辦法玩了，所以實(shí)際中都會定義一套繼承的規(guī)范體系。這樣大家拋出的都是繼承的派生類對象，捕獲一個(gè)基類就可以了。

// 服務(wù)器開發(fā)中通常使用的異常繼承體系
class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg, int id):_errmsg(errmsg), _id(id){}virtual string what() const{return _errmsg;}
protected:string _errmsg;		//錯(cuò)誤信息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("權(quán)限不足", 100, "select * from name = '張三'");}//throw "xxxxxx";
}void CacheMgr()
{srand(time(0));if (rand() % 5 == 0){throw CacheException("權(quán)限不足", 100);}else if (rand() % 6 == 0){throw CacheException("數(shù)據(jù)不存在", 101);}SQLMgr();
}void HttpServer()
{// ...srand(time(0));if (rand() % 3 == 0){throw HttpServerException("請求資源不存在", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpServerException("權(quán)限不足", 101, "post");}CacheMgr();
}int main()
{while (1){this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));try {HttpServer();}catch (const Exception& e) // 這里捕獲父類對象就可以{// 多態(tài)cout << e.what() << endl;	//調(diào)用重寫的虛函數(shù)}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}}return 0;
}

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五、C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系（了解）

C++ 提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)的異常，定義在 std標(biāo)準(zhǔn)庫 中，我們可以在程序中使用這些標(biāo)準(zhǔn)的異常。它們是以父子類層次結(jié)構(gòu)組織起來的，如下所示：

說明：實(shí)際中我們可以可以去繼承exception類實(shí)現(xiàn)自己的異常類。但是實(shí)際中很多公司像上面一樣自己定義一套異常繼承體系。因?yàn)镃++標(biāo)準(zhǔn)庫設(shè)計(jì)的不夠好用。

int main()
{try {vector<int> v(10, 5);// 這里如果系統(tǒng)內(nèi)存不夠也會拋異常v.reserve(1000000000);// 這里越界會拋異常v.at(10) = 100;}catch (const exception& e) // 這里捕獲父類對象就可以{cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}return 0;
}

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六、異常的優(yōu)缺點(diǎn)

• C++異常的優(yōu)點(diǎn)：

1. 異常對象定義好了，相比錯(cuò)誤碼的方式可以清晰準(zhǔn)確的展示出錯(cuò)誤的各種信息，甚至可以包含堆棧調(diào)用的信息，這樣可以幫助更好的定位程序的bug。

2. 返回錯(cuò)誤碼的傳統(tǒng)方式有個(gè)很大的問題就是，在函數(shù)調(diào)用鏈中，深層的函數(shù)返回了錯(cuò)誤，那么我們得層層返回錯(cuò)誤，最外層才能拿到錯(cuò)誤，具體看下面的詳細(xì)解釋。

   • // 1.下面這段偽代碼我們可以看到ConnnectSql中出錯(cuò)了，先返回給ServerStart，
     ServerStart再返回給main函數(shù)，main函數(shù)再針對問題處理具體的錯(cuò)誤。
     // 2.如果是異常體系，不管是ConnnectSql還是ServerStart及調(diào)用函數(shù)出錯(cuò)，都不用檢查，因
     為拋出的異常異常會直接跳到main函數(shù)中catch捕獲的地方，main函數(shù)直接處理錯(cuò)誤。
     int ConnnectSql()
     {// 用戶名密碼錯(cuò)誤if (...)return 1;// 權(quán)限不足if (...)return 2;
     }int ServerStart() {if (int ret = ConnnectSql() < 0)return ret;int fd = socket()if（fd < 0）return errno;
     }int main()
     {if (ServerStart() < 0)...return 0;
     }
     

3. 很多的第三方庫都包含異常，比如boost、gtest、gmock等等常用的庫，那么我們使用它們也需要使用異常。

4. 部分函數(shù)使用異常更好處理，比如構(gòu)造函數(shù)沒有返回值，不方便使用錯(cuò)誤碼方式處理。比如T& operator這樣的函數(shù)，如果pos越界了只能使用異?；蛘呓K止程序處理，沒辦法通過返回值表示錯(cuò)誤。

• C++異常的缺點(diǎn)：

1. 異常會導(dǎo)致程序的執(zhí)行流亂跳，并且非常的混亂，并且是運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)拋異常就會亂跳。這會導(dǎo)致我們跟蹤調(diào)試時(shí)以及分析程序時(shí)，比較困難。

2. 異常會有一些性能的開銷。當(dāng)然在現(xiàn)代硬件速度很快的情況下，這個(gè)影響基本忽略不計(jì)。

3. C++沒有垃圾回收機(jī)制，資源需要自己管理。有了異常非常容易導(dǎo)致內(nèi)存泄漏、死鎖等異常安全問題。這個(gè)需要使用RAII來處理資源的管理問題。學(xué)習(xí)成本較高。

4. C++標(biāo)準(zhǔn)庫的異常體系定義得不好，導(dǎo)致大家各自定義各自的異常體系，非常的混亂。

5. 異常盡量規(guī)范使用，否則后果不堪設(shè)想，隨意拋異常，外層捕獲的用戶苦不堪言。所以異常規(guī)范有兩點(diǎn)：一、拋出異常類型都繼承自一個(gè)基類。二、函數(shù)是否拋異常、拋什么異常，都使用 func（） throw();的方式規(guī)范化。

總結(jié)：異?？傮w而言，利大于弊，所以工程中我們還是鼓勵(lì)使用異常的。另外OO的語言基本都是用異常處理錯(cuò)誤，這也可以看出這是大勢所趨。

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