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第二十一讲：C++异常

news 2025/9/22 16:35:02

目录

1、传统错误处理机制

2、C++异常的概念

3、异常的使用

3.1、异常的抛出和捕获

3.2、异常的重新抛出

3.3、异常安全

3.4、异常规范

4、自定义异常体系

5、标准库的异常体系

6、异常的优缺点

1、传统错误处理机制

传统的错误处理机制：

1、终止程序，如assert，缺陷：如发生内存错误，除0错误时，就会终止程序。

2、返回错误码，缺陷：需要程序员自己通过错误码去查找对应的错误信息。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。

2、C++异常的概念

异常是一种处理错误的方式，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来处理这个错误。

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。

catch：在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。

try：try 块中放的就是可能出现异常的代码，它后面通常跟着一个或多个catch 块。try 块中的代码也被称为保护代码。

例如1：

double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;
}int main()
{Func();return 0;
}

抛出的异常必须要被捕获，否则就会出现下面的运行结果：

例如2：对异常进行捕获。

double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errString){cout << errString << endl;}return 0;
}

当出现异常时，程序会跳到捕获的位置继续执行，结果如下：

如果不抛异常，则按正常顺序执行，而不会执行捕获的代码。

例如3：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{A aa1;int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;A aa2;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errString){cout << errString << endl;}return 0;
}

虽然出异常后会跳转到捕获的位置，但是前面定义的对象依然会调用析构函数的，运行结果为：

3、异常的使用

3.1、异常的抛出和捕获

函数调用链中异常匹配原则：

1、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。

2、如果没有匹配的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。

3、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。

4、找到匹配的catch子句并处理以后，会继续沿着catch子句后面内容继续执行。

异常的抛出和匹配原则：

1、异常是通过抛出对象而引发的，该对象的类型决定了会激活哪个catch的处理代码。

2、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。

3、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）。

4、catch(...)可以捕获任意类型的异常，只是不知道异常的错误信息是什么。

5、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，文章后面会提到。

例如4：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{A aa1;try{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;}catch (const char* errString2){cout << errString2 << endl;}cout << "xxxxxxxxxx" << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errString1){cout << errString1 << endl;}return 0;
}

抛出的异常会跳转到最近的且类型匹配的捕获位置继续执行，运行结果为：

例如5：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{A aa1;try{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;}catch (char errString2){cout << errString2 << endl;}cout << "xxxxxxxxxx" << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (char errString1){cout << errString1 << endl;}return 0;
}

如果出异常到达main函数也没找到对应的捕获，则程序会直接终止，运行结果为：

例如6：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0)throw "Division by zero condition!"; // 可以抛任意类型elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{A aa1;try{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;}catch (char errString2){cout << errString2 << endl;}cout << "xxxxxxxxxx" << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errString1){cout << errString1 << endl;}return 0;
}

虽然有更近的捕获位置，但类型并不匹配，所以后继续沿着调用链去找匹配的捕获位置。运行结果为：

例如7：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{if (b == 0){string s1("Division by zero condition!");throw s1; // 可以抛任意类型}elsereturn ((double)a / (double)b);
}void Func()
{A aa1;try{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;}catch (char errString2){cout << errString2 << endl;}cout << "xxxxxxxxxx" << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const string& errString1){cout << errString1 << endl;}return 0;
}

抛出的并不是s1这个局部对象，而是s1对象的一个临时拷贝（因为有移动构造，所以这个拷贝代价也不算高），这个临时拷贝在使用完后就会销毁，运行结果为：

例如8：

class A
{
public:A(){cout << "A()" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
};double Division(int a, int b)
{if (b == 0){string s1("Division by zero condition!");throw s1; // 可以抛任意类型}elsereturn ((double)a / (double)b);
}void f1()
{throw 1;
}void Func()
{A aa1;try{int x, y;cin >> x >> y;cout << Division(x, y) << endl;}catch (char errString2){cout << errString2 << endl;}f1();cout << "xxxxxxxxxx" << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const string& errString1){cout << errString1 << endl;}catch (...) // {cout << "未知异常" << endl;}return 0;
}

为了保证异常一定会被捕获，会使用catch(...)来捕获任意类型的异常，运行结果为：

3.2、异常的重新抛出

有可能单个的catch不能完全处理一个异常，在进行一些校正处理以后，希望再交给更外层的调用 链函数来处理，catch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。

例如：

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 (const char* errmsg){cout << "delete []" << array << endl;delete[] array;throw errmsg; // 重新抛出异常，如果不在这重新抛出异常，当出现异常时，会出现析构两次的情况。}cout << "delete []" << array << endl;delete[] array;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

再比如：

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; // 捕获什么抛什么}cout << "delete []" << array << endl;delete[] array;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

3.3、异常安全

1、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。

2、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)

3、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。例如：

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()
{// 这里可以看到如果发生除0错误抛出异常，下面的array没有得到释放。int* array = new int[10];int len, time;cin >> len >> time;cout << Division(len, time) << endl;cout << "delete []" << array << endl;delete[] array;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

3.4、异常规范

异常规范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。

1、可以在函数的后面接throw(类型)，列出这个函数可能抛出的所有异常类型。

2、函数的后面接throw()，表示函数不抛异常。

3、若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。

注：上面的规范并非是强制的，比如：使用throw()修饰的函数也可以抛异常，只是这样不规范。

例如：

// 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;

例如：列出这个函数不会抛出的异常类型也是不会报错的。

double Division(int a, int b) throw(const char*, int)
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Division by zero condition!";}return (double)a / (double)b;
}void Func() throw(const char*)
{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division(len, time) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

再比如：会抛出异常的函数使用throw()也是不会报错的。

double Division(int a, int b) throw()
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Division by zero condition!";}return (double)a / (double)b;
}void Func() throw(const char*)
{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division(len, time) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

例如：C++11中的noexcept则与上述的throw()不同，如果用noexcept修饰会出异常的函数，则当出现异常时，会直接终止。

double Division(int a, int b) noexcept
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Division by zero condition!";}return (double)a / (double)b;
}void Func() throw(const char*)
{int len, time;cin >> len >> time;cout << Division(len, time) << endl;
}int main()
{try{Func();}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}return 0;
}

运行结果为：

4、自定义异常体系

实际使用中很多公司都会自定义自己的异常体系进行规范的异常管理，因为一个项目中如果大家 随意抛异常，那么外层的调用者基本就没办法玩了，所以实际中都会定义一套继承的规范体系。 这样异常抛出的都是继承了基类的派生类的对象，使用基类捕获派生类就可以了。

例如：

#include <windows.h>// 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; // 错误描述int _id;        // 错误编号
};class SqlException : public Exception // 数据库
{
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 // 缓存
{
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 // 网络
{
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'");}
}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){Sleep(500);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;
}

运行结果为：

5、标准库的异常体系

参考文档

C++提供了一系列标准的异常，在exception这个头文件中，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，如下所示：

简单说明：

注：实际中我们可以去继承exception类实现自己的异常类。但是实际中很多公司会像上面一样自己定义一套异常继承体系。因为C++标准库设计的不够好用。

6、异常的优缺点

C++异常的优点：

1、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。

2、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。而异常可以直接跳转到处理错误的地方。

3、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。

4、部分函数使用异常更好处理，比如构造函数没有返回值，不方便使用错误码的方式处理。

C++异常的缺点：

1、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。这会导致跟踪调试时以及分析程序时，比较困难。

2、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。

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，学习成本较高。

4、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。

5、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，都遵循异常的规范。

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。另外面向对象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。

http://www.dtcms.com/a/394598.html

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