傳統(tǒng)排錯(cuò)

我們?cè)缭?C 程序里面?zhèn)鹘y(tǒng)的錯(cuò)誤處理手段有：

1. 終止程序，如 assert；缺陷是用戶難以接受，說白了就是一種及其粗暴的手法，比如發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤，除0錯(cuò)誤時(shí)就會(huì)終止程序。

2. 返回錯(cuò)誤碼。缺陷是需要我們自己去查找錯(cuò)誤，如系統(tǒng)的很多庫(kù)的接口函數(shù)都是通過把錯(cuò)誤碼放到 errno 中，表示錯(cuò)誤。

3. C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中 setjmp 和 longjmp 組合（不常用）

實(shí)際中 C 語(yǔ)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)重緊急的錯(cuò)誤，因此異常機(jī)制就時(shí)運(yùn)而橫空出世

概念

異常是面向?qū)ο笳Z(yǔ)言常用的一種處理錯(cuò)誤的方式，當(dāng)一個(gè)函數(shù)發(fā)現(xiàn)自己無(wú)法處理的錯(cuò)誤時(shí)就可以拋出異常，讓函數(shù)直接或間接調(diào)用者自己來處理這個(gè)錯(cuò)誤

1. throw：當(dāng)程序出現(xiàn)問題時(shí)，可以通過 throw 關(guān)鍵字拋出一個(gè)異常

2. try：try 塊中放置的是可能拋出異常的代碼，該代碼塊在執(zhí)行時(shí)將進(jìn)行異常錯(cuò)誤檢測(cè)，try 塊后面通常跟著一個(gè)或多個(gè) catch 塊。

3. catch：如果try塊中發(fā)生錯(cuò)誤，則可以在 catch 塊中定義對(duì)應(yīng)要執(zhí)行的代碼塊。

try-catch 語(yǔ)句的語(yǔ)法實(shí)例：

try
{
	//被保護(hù)的代碼
}
catch (ExceptionName e1)
{
	//catch塊
}
catch (ExceptionName e2)
{
	//catch塊
}
catch (ExceptionName eN)
{
	//catch塊
}

用法

異常是通過拋出對(duì)象而引發(fā)的，該對(duì)象的類型決定了應(yīng)該激活哪個(gè) catch 的處理代碼，如果拋出的異常對(duì)象沒有捕獲，或是沒有匹配類型的捕獲，那么程序會(huì)終止報(bào)錯(cuò)

異常捕獲和拋出

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

拋出異常對(duì)象后，會(huì)生成一個(gè)異常對(duì)象的拷貝，因?yàn)閽伋龅漠惓?duì)象可能是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，所以會(huì)生成一個(gè)拷貝對(duì)象 \color{red} {因?yàn)閽伋龅漠惓?duì)象可能是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，所以會(huì)生成一個(gè)拷貝對(duì)象}因?yàn)閽伋龅漠惓?duì)象可能是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象，所以會(huì)生成一個(gè)拷貝對(duì)象，這個(gè)拷貝的臨時(shí)對(duì)象會(huì)在被 catch 以后銷毀（類似于函數(shù)的傳值返回）

catch(…) 可以捕獲任意類型的異常，但捕獲后無(wú)法知道異常錯(cuò)誤是什么，實(shí)際異常拋出和捕獲的匹配原則有個(gè)例外，捕獲和拋出的異常類型并不一定要完全匹配，可以拋出派生類對(duì)象，使用基類進(jìn)行捕獲，這個(gè)在實(shí)際中非常有用

在函數(shù)調(diào)用鏈中異常棧展開的匹配原則：

當(dāng)異常被拋出后，首先檢查 throw 本身是否在 try 塊內(nèi)部，如果在則查找匹配的 catch 語(yǔ)句，如果有匹配的就跳到 catch 的地方進(jìn)行處理

如果當(dāng)前沒有匹配的 catch 則退出當(dāng)前函數(shù)棧，繼續(xù)在上一個(gè)調(diào)用中進(jìn)行查找 catch。找到匹配的 catch 子句并處理以后，會(huì)沿著 catch 子句后面繼續(xù)執(zhí)行，而不會(huì)跳回到原來拋異常的地方，如果到達(dá) main 函數(shù)的棧，依舊沒有找到匹配的 catch 則終止程序

比如下面的代碼中調(diào)用了 func3，func3 中調(diào)用 func2，func2 中調(diào)用 func1，func1 中拋出了一個(gè) string 的異常對(duì)象：

void func1()
{
	throw string("這是一個(gè)異常");
}
void func2()
{
	func1();
}
void func3()
{
	func2();
}
int main()
{
	try
	{
		func3();
	}
	catch (const string& s)
	{
		cout << "錯(cuò)誤描述：" << s << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知異常" << endl;
	}
	return 0;
}

首先會(huì)檢查 throw 本身是否在 try 塊內(nèi)部，這里就會(huì)因此退出 func1 所在的函數(shù)棧，繼續(xù)在上一個(gè)調(diào)用棧中進(jìn)行查找，即 func2 所在的函數(shù)棧，由于 func2 中也沒有匹配的 catch，因此會(huì)繼續(xù)復(fù)讀套娃，最終在 main 函數(shù)棧中找到匹配的 catch

這時(shí)就會(huì)跳到 main 函數(shù)中對(duì)應(yīng)的 catch 塊中執(zhí)行對(duì)應(yīng)的代碼塊，執(zhí)行完后繼續(xù)執(zhí)行該代碼塊后續(xù)的代碼：

當(dāng)然為了防止還有漏網(wǎng)之魚，一般此時(shí)我們還會(huì)搞一個(gè) catch(…) 進(jìn)行全捕獲。

異常的重新拋出

要知道一個(gè) catch 是無(wú)法完全搞定異常的，如果我們對(duì)異常進(jìn)行修正后，希望交付給上層調(diào)用鏈進(jìn)行異常的異常信息日志記錄，此時(shí)就需要我們重新對(duì)上層函數(shù)拋異常：

void func1()
{
	throw string("這是一個(gè)異常");
}
void func2()
{
	int* array = new int[10];
	func1();
	//省略函數(shù)對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)
    //……
	delete[] array;
}
int main()
{
	try
	{
		func2();
	}
	catch (const string& s)
	{
		cout << s << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "未知異常" << endl;
	}
	return 0;
}

這里 func2 最后應(yīng)該 delete 進(jìn)行空間釋放，但由于 func2 中途調(diào)用 func1 ，func1 內(nèi)部拋出了一個(gè)異常，這時(shí)會(huì)直接跳轉(zhuǎn)到 main 函數(shù)中的 catch 塊執(zhí)行對(duì)應(yīng)的異常處理程序，并且在處理完后繼續(xù)沿著 catch 塊往后執(zhí)行，這時(shí)就導(dǎo)致 func2 中內(nèi)存塊沒有得到釋放，造成了內(nèi)存泄露！

此時(shí)我們應(yīng)該在 func2 中先對(duì) func1 拋出的異常進(jìn)行捕獲，捕獲后先將內(nèi)存釋放再重新拋出異常，就可以避免內(nèi)存泄露：

void func2()
{
	int* array = new int[10];
	try
	{
		func1();
		//省略函數(shù)對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)
        //……
	}
	catch (...)
	{
		delete[] array;
		throw; //將捕獲到的異常再次重新拋出
	}
	delete[] array;
}

try-catch 中 new 和 delete 之間可能還會(huì)拋出其他類型的異常，因此在 fun2 中最好再進(jìn)行 catch(…) ，將申請(qǐng)到的內(nèi)存 delete 后再通過throw 重新拋出；重新拋出異常對(duì)象時(shí)，此時(shí) throw 可以不用指明要拋出的異常對(duì)象，其實(shí) catch(…) 也不知道自己到底捕了個(gè)什么異常對(duì)象

安全第一條

還是那句話，道路千萬(wàn)條，拋異常要謹(jǐn)慎：

1. 構(gòu)造函數(shù)完成對(duì)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(duì)象不完整或沒有完全初始化

2. 析構(gòu)函數(shù)完成對(duì)象資源的清理，最好不要在析構(gòu)函數(shù)中拋出異常，否則可能導(dǎo)致內(nèi)存泄露，句柄未關(guān)閉等

3. C++ 中在 new 和 delete 中拋出異常經(jīng)常是內(nèi)存泄漏的罪魁禍?zhǔn)?，?lock 和 unlock 之間拋出異常導(dǎo)致死鎖，C++ 經(jīng)常使用 RAII 的方式來解決類似問題

規(guī)范使用

站在異常的嚴(yán)謹(jǐn)立場(chǎng)上， C++ 也在盡量提高咱的使用規(guī)范：

在函數(shù)的后面接throw(type1, type2, …)，列出這個(gè)函數(shù)可能拋擲的所有異常類型 在函數(shù)的后面接throw()或noexcept（C++11），表示該函數(shù)不拋異常 若無(wú)異常接口聲明，則此函數(shù)可以拋擲任何類型的異常（異常接口聲明不是強(qiáng)制的）

//這里可能會(huì)拋出A/B/C/D類型的異常
void func() throw(A, B, C, D);
//這里只會(huì)拋出 bad_alloc 的異常
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
//這里不會(huì)拋出異常
void* operator new(std::size_t size, void* ptr) throw();

異常體系

因?yàn)楫惓賹?shí)需要嚴(yán)謹(jǐn)與規(guī)范的操作，所以在很多公司里面都會(huì)制定自己的一套異常的規(guī)范管理：

公司中的項(xiàng)目一般會(huì)進(jìn)行模塊劃分，讓不同的人或小組完成不同的模塊，如果不對(duì)拋異常這件事進(jìn)行規(guī)范，那么在最外層捕獲異常的冤種就會(huì)問候親媽了，因?yàn)樗麜?huì)來給各位擦屁股，捕獲大家拋出的所以異常對(duì)象 \color{red} {那么在最外層捕獲異常的冤種就會(huì)問候親媽了，因?yàn)樗麜?huì)來給各位擦屁股，捕獲大家拋出的所以異常對(duì)象}那么在最外層捕獲異常的冤種就會(huì)問候親媽了，因?yàn)樗麜?huì)來給各位擦屁股，捕獲大家拋出的所以異常對(duì)象

我們之前說過異常語(yǔ)法可以用基類捕獲拋出的派生類對(duì)象，因此實(shí)際中都會(huì)先定義一個(gè)最基礎(chǔ)的異常類，所有人拋出的異常對(duì)象都必須是繼承于該異常類的派生類對(duì)象，，因此最外層就只需捕獲基類就行了

?最基礎(chǔ)的異常類至少需要包含錯(cuò)誤編號(hào)和錯(cuò)誤描述兩個(gè)成員變量，甚至還可以包含當(dāng)前函數(shù)棧幀的調(diào)用鏈等信息，該異常類中一般還會(huì)提供兩個(gè)成員函數(shù)，分別用來獲取錯(cuò)誤編號(hào)和錯(cuò)誤描述

class Exception
{
public:
	Exception(int errid, const char* errmsg)
		:_errid(errid)
		, _errmsg(errmsg)
	{}
	int GetErrid() const
	{
		return _errid;
	}
	virtual string what() const
	{
		return _errmsg;
	}
protected:
	int _errid;  //錯(cuò)誤編號(hào)
	string _errmsg; //錯(cuò)誤描述
	//...
};

其他人如果要對(duì)這個(gè)異常類進(jìn)行擴(kuò)展，必須先繼承基礎(chǔ)異常類，然后按需添加某些成員變量，或是對(duì)虛函數(shù)what 進(jìn)行重寫，使其能告知更多的異常信息：

class CacheException : public Exception
{
public:
	CacheException(int errid, const char* errmsg)
		:Exception(errid, errmsg)
	{}
	virtual string what() const
	{
		string msg = "CacheException: ";
		msg += _errmsg;
		return msg;
	}
protected:
	//...
};
class SqlException : public Exception
{
public:
	SqlException(int errid, const char* errmsg, const char* sql)
		:Exception(errid, errmsg)
		, _sql(sql)
	{}
	virtual string what() const
	{
		string msg = "CacheException: ";
		msg += _errmsg;
		msg += "sql語(yǔ)句: ";
		msg += _sql;
		return msg;
	}
protected:
	string _sql; //異常的SQL語(yǔ)句
	//...
};

異常類的成員變量不能設(shè)置為私有，因?yàn)樗接谐蓡T在子類中是不可見的?；?Exception 中 what 成員函數(shù)最好定義為虛函數(shù)，方便子類對(duì)其進(jìn)行重寫，從而達(dá)到多態(tài)的效果

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)體系

C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)當(dāng)中的異常也是一個(gè)基礎(chǔ)體系，其中 exception 就是基類，它與其他異常類的繼承關(guān)系如下：

?其中具體信息如下：

?我們可以去繼承這里的 exception 類來實(shí)現(xiàn)自己的異常類，但實(shí)際上很多公司都會(huì)自己定義一套異常繼承體系！

優(yōu)缺點(diǎn)

目前情況來看，異常是利大于弊的，還是鼓勵(lì)使用異常的，而且前排的語(yǔ)言基本都會(huì)使用異常處理錯(cuò)誤，這也可以看出這是大勢(shì)所趨

異常的優(yōu)點(diǎn)：

相比錯(cuò)誤碼，異?？梢郧逦鷾?zhǔn)確的展示出錯(cuò)誤的各種信息，甚至可以包含堆棧調(diào)用等信息，這樣可以幫助更好的定位程序的bug

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)誤碼，最終最外層才能拿到錯(cuò)誤

很多的第三方庫(kù)都會(huì)使用異常，比如 boost、gtest、gmock 等常用的庫(kù)，如果我們不用異常就不能很好的發(fā)揮這些庫(kù)的作用，很多測(cè)試框架也都使用異常，因此使用異常能更好的使用單元測(cè)試等進(jìn)行白盒測(cè)試

部分函數(shù)使用異常更好處理，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

異常的缺點(diǎn)：

異常會(huì)導(dǎo)致程序的執(zhí)行流混亂，這會(huì)導(dǎo)致我們跟蹤調(diào)試或分析程序時(shí)比較困難。異常還會(huì)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)！

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)存泄露、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)成本比較高

C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的異常體系定義得不夠好，導(dǎo)致大家各自定義自己的異常體系，非常的混亂，異常盡量規(guī)范使用，否則后果不堪設(shè)想，隨意拋異常，也會(huì)讓外層捕獲的用戶苦不堪言。

異常接口聲明不是強(qiáng)制的，對(duì)于沒有聲明異常類型的函數(shù)，無(wú)法預(yù)知該函數(shù)是否會(huì)拋出異常

以上就是深度剖析C++中的異常機(jī)制的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++ 異常機(jī)制的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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