C++异常学习笔记

C语言处理错误的传统方式

C语言通过返回错误码和使用assert断言 来处理错误，然而这两种方式都有不足：返回错误码是层层返回的，具体的错误区域不明确，同时错误信息也不够直观；assert断言直接终止了程序过于绝对，而且只在debug版本生效，只适用于发行前的安全保障。于是在C++新增了异常机制。

C++中的异常

异常相关的关键字

try: try块中的代码标识可能被激活的特定异常，它后面通常跟着一个或多个 catch 块

catch: 通过异常处理程序捕获异常，然后执行catch块中相应的操作。try后面可以跟多个catch进行捕获

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。

使用 try/catch语句的语法如下所示：

cpp 复制代码

try{
    //这里是尝试进行的代码，这段代码如果出错，可能被捕获
}catch(){ //->这里填写异常的返回值
    //这里是出现异常后执行的代码
}catch(){
}

异常的抛出和匹配原则

异常是抛出对象引发的，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（后面讲的栈展开匹配原则会讲）。
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返回到catch，这个临时对象会在被catch块执行完后销毁。（这里的处理类似于函数的传值返回）
使用catch(...)可以捕获任意类型的异常，但这样就不知道异常错误是什么了。
实际中抛出和捕获的匹配原则有个例外，类型不一定得完全匹配，可以抛出的派生类对象，然后使用基类捕获，这在实际中非常实用。

下面代码演示除数为0时异常抛出和匹配机制：

在函数调用链中异常栈展开匹配原则

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（说明有异常没有被捕获，危险）。
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。

下面代码演示栈展开原则

异常的重新抛出

单个的catch可能不能完整地处理一个异常，在进行校正处理以后，则可以通过重新抛出将异常传递给更上层的函数进行处理。

下面示例异常的重抛出

异常规范：

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。

下面代码演示异常规格说明方法：

cpp 复制代码

// 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();
// C++11 中新增的noexcept，表示不会抛异常
thread() noexcept;
thread (thread&& x) noexcept;

异常安全

构造函数负责对象的构造和初始化，最好不要在构造函数中抛出异常，使后续代码不执行，进而导致对象构建不完整或没有完全初始化

析构函数主要负责资源的清理，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在智能指针章节会学习。

C++标准库的异常体系

C++提供了一系列标准的异常，我们可以在程序中使用这些标准的异常。它们是以父子类层次结构组织起来的，但实际上这些标准异常不好用，公司一般有自己的异常继承体系。

异常的优缺点

C++异常的优点：

异常对象定义好了，相比直接返回错误码的方式可以更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 ，从而更好的定位程序的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，直到最外层才能拿到错误。
很多的第三方库都包含异常，比如boost、gtest、gmock等等常用的库，因此使用它们也需要用到异常。
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。

C++异常的缺点：

异常会导致程序的执行流乱跳造成混乱，跟踪调试以及分析程序时也比较困难。
异常会有一些性能的开销（以前只要返回错误码，现在可能要返回类对象等等）。在现代硬件速度很快的情况下，这个影响基本忽略不计。

3.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。

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。
异常要尽量规范使用，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 fuc（）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。