十點詳解C++異常處理 一文助你全面剖析C++異常處理機制
一，什么是異常處理
一句話：異常處理就是處理程序中的錯誤，比如嘗試除以零的操作。
二，為什么需要異常，以及異常處理的基本思想
C++之父Bjarne Stroustrup在《The C++ Programming Language》中講到：一個庫的作者可以檢測出發生了運行時錯誤，但一般不知道怎樣去處理它們(因為和用戶具體的應用有關);另一方面，庫的用戶知道怎樣處理這些錯誤，但卻無法檢查它們何時發生(如果能檢測，就可以在用戶的代碼里處理了，不用留給庫去發現)。
Bjarne Stroustrup說：提供異常的基本目的就是為了處理上面的問題。基本思想是：讓一個函數在發現了自己無法處理的錯誤時拋出(throw)一個異常，然后它的(直接或者間接)調用者能夠處理這個問題。
也就是《C++ primer》中說的：將問題檢測和問題處理相分離。
一種思想：在所有支持異常處理的編程語言中，要認識到的一個思想：在異常處理過程中，由問題檢測代碼可以拋出一個對象給問題處理代碼，通過這個對象的類型和內容，實際上完成了兩個部分的通信，通信的內容是“出現了什么錯誤”。當然，各種語言對異常的具體實現有著或多或少的區別，但是這個通信的思想是不變的。
三，異常出現之前處理錯誤的方式
在C語言的世界中，對錯誤的處理總是圍繞著兩種方法：一是使用整型的返回值標識錯誤;二是使用errno宏(可以簡單地理解為一個全局整型變量)去記錄錯誤。當然C++中仍然是可以用這兩種方法的。
這兩種方法最大的缺陷就是會出現不一致問題。例如有些函數返回1表示成功，返回0表示出錯;而有些函數返回0表示成功，返回非0表示出錯。
還有一個缺點就是函數的返回值只有一個，你通過函數的返回值表示錯誤代碼，那么函數就不能返回其他的值。當然，你也可以通過指針或者C++的引用來返回另外的值，但是這樣可能會令你的程序略微晦澀難懂。
四，異常為什么好
優點有以下幾點：
1. 函數的返回值可以忽略，但異常不可忽略。如果程序出現異常，但是沒有被捕獲，程序就會終止，這多少會促使程序員開發出來的程序更健壯一點。而如果使用C語言的error宏或者函數返回值，調用者都有可能忘記檢查，從而沒有對錯誤進行處理，結果造成程序莫名其面的終止或出現錯誤的結果。
2. 整型返回值沒有任何語義信息。而異常卻包含語義信息，有時你從類名就能夠體現出來。
3. 整型返回值缺乏相關的上下文信息。異常作為一個類，可以擁有自己的成員，這些成員就可以傳遞足夠的信息。
異常處理可以在調用跳級。這是一個代碼編寫時的問題：假設在有多個函數的調用棧中出現了某個錯誤，使用整型返回碼要求你在每一級函數中都要進行處理。而使用異常處理的棧展開機制，只需要在一處進行處理就可以了，不需要每級函數都處理。
五， C++中使用異常時應注意的問題
任何事情都是兩面性的，異常有好處就有壞處。如果在你的代碼中使用異常，那么需要注意以下事項:
1. 性能問題。這個一般不會成為瓶頸，但是如果你編寫的是高性能或者實時性要求比較強的軟件，就需要考慮了。
2. 指針和動態分配導致的內存回收問題：動態內存不會自動回收，如果遇到異常就需要考慮是否正確地回收了內存。
函數的異常拋出列表：如果沒有寫noexcept，意味著你可以拋出任何異常。
六，異常基本語法
很簡單，拋出一場用throw，捕獲用try...catch
- throw: 當問題出現時，程序會拋出一個異常。
- catch: 在您想要處理問題的地方，通過異常處理程序捕獲異常。
- try: try 塊中的代碼標識將被激活得特定異常。它后面通常跟著一個或多個 catch 塊。
- noexcept：用于聲明函數不拋出異常，如果函數拋了異常，則直接中斷，不能被捕獲
使用 try...catch 語句的語法如下所示：
- try
- {
- // 保護代碼
- }catch( ExceptionName e1 )
- {
- // catch 塊
- }catch( ExceptionName e2 )
- {
- // catch 塊
- }catch( ExceptionName eN )
- {
- // catch 塊
- }
如果 try 塊在不同的情境下會拋出不同的異常，這個時候可以嘗試羅列多個 catch 語句，用于捕獲不同類型的異常
捕獲異常時的注意事項：
- catch的匹配過程是找最先匹配的，不是最佳匹配。
- catch的匹配過程中，對類型的要求比較嚴格。不允許標準算術轉換和類類型的轉換。(類類型的轉化包括兩種：通過構造函數的隱式類型轉化和通過轉化操作符的類型轉化)。
七，異常之棧解旋
異常被拋出后，從進入try塊起，到異常被拋擲前，這期間在棧上構造的所有對象，都會被自動析構。
析構的順序與構造的順序相反，這一過程稱為棧的解旋(unwinding).
- struct Maker
- {
- Maker()
- {
- cout << "Maker() 構造函數" << endl;
- }
- Maker(const Maker& other)
- {
- cout << "Maker(Maker&) 拷貝構造函數" << endl;
- }
- ~Maker()
- {
- cout << "~Maker() 析構函數" << endl;
- }
- };
- void fun()
- {
- Maker m;
- cout << "--------" << endl;
- throw m;
- cout << "fun__end" << endl;
- }
- int main()
- {
- try
- {
- fun();
- }
- catch (Maker & m)
- {
- cout << "收到Maker異常" << endl;
- }
- }
八，C++ 標準的異常
C++ 提供了一系列標準的異常，定義在
每個類所在的頭文件在圖下方標識出來
標準異常類的成員： ① 在上述繼承體系中，每個類都有提供了構造函數、復制構造函數、和賦值操作符重載。 ② logic_error類及其子類、runtime_error類及其子類，它們的構造函數是接受一個string類型的形式參數，用于異常信息的描述; ③ 所有的異常類都有一個what()方法，返回const char* 類型(C風格字符串)的值，描述異常信息。
下表是對上面層次結構中出現的每個異常的說明：
九、編寫自己的異常類
- 為什么要編寫自己的異常類? ① 標準庫中的異常是有限的; ② 在自己的異常類中，可以添加自己的信息。(標準庫中的異常類值允許設置一個用來描述異常的字符串)。
- 如何編寫自己的異常類? ① 建議自己的異常類要繼承標準異常類。因為C++中可以拋出任何類型的異常，所以我們的異常類可以不繼承自標準異常，但是這樣可能會導致程序混亂，尤其是當我們多人協同開發時。 ② 當繼承標準異常類時，應該重載父類的what函數和虛析構函數。 ③ 因為棧展開的過程中，要復制異常類型，那么要根據你在類中添加的成員考慮是否提供自己的復制構造函數。
示例：
- #include <iostream>
- #include <exception>
- using namespace std;
- //第一種
- class Out_Range : public exception
- {
- public:
- explicit Out_Range(const string& _Message) : exception(_Message.c_str()) {}
- explicit Out_Range(const char* _Message) : exception(_Message) {}
- };
- //第二種
- struct Exce :public exception
- {
- const char* what() const override
- {
- return "Exce";
- }
- };
- void foo(int arr[], int len)
- {
- int i = -1;
- if (i<0 || i>=len)
- {
- throw Out_Range("數組越界啦~");
- }
- cout << arr[i] << endl;
- }
- int main()
- {
- int arr[3] = { 0 };
- try
- {
- foo(arr, 3);
- }
- catch (Out_Range& e) //自定義錯誤
- {
- cout << "Out_Range& e " << e.what() << endl;
- }
- catch (std::exception& e) //其他錯誤
- {
- cout <<"std::exception& e "<<e.what()<< endl;
- }
- return 0;
- }
十，來自C++之父Bjarne Stroustrup的建議
節選自《The C++ Programming Language》 ——C++之父Bjarne Stroustrup
1. 當局部的控制能夠處理時，不要使用異常;
2.使用“資源分配即初始化”技術去管理資源;
3. 盡量少用try-catch語句塊，而是使用“資源分配即初始化”技術。
4. 如果構造函數內發生錯誤，通過拋出異常來指明。
5. 避免在析構函數中拋出異常。
6. 保持普通程序代碼和異常處理代碼分開。
7. 小心通過new分配的內存在發生異常時，可能造成內存泄露。
8. 如果一個函數可能拋出某種異常，那么我們調用它時，就要假定它一定會拋出該異常，即要進行處理。
9. 要記住，不是所有的異常都繼承自exception類。
10. 編寫的供別人調用的程序庫，不應該結束程序，而應該通過拋出異常，讓調用者決定如何處理(因為調用者必須要處理拋出的異常)。
