异常处理字面的意思就是:当程序出现了不符合预期的情况(不一定是错误),采取一定的后续措施进行处理。
异常处理机制
我们以一个简单但不是很严谨的例子作为开始,来介绍异常处理机制。
假设我们有一个图书销售系统。系统里面有某个自定义类型class BookISBN;
,表示某本书的ISBN编号。
主程序大概是这样:
class BookISBN
{
public:
// ...
std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号
// ...
}
// ...
int main()
{
Init(); // 初始化系统
while(1)
{
run(); // 运行系统
}
return 0;
}
假设系统的运行过程中需要比较两本图数的价格:
void run()
{
// ...
if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义
{
// 继续后面的处理
}
else
{
cout<< "错误!两本书的ISBN不一样,不能进行比较!";
// 进行出错后的其它后续操作,比如释放内存一类的
}
}
我们可以看到,在上面的程序中,我们可以采用分支条件来处理意外出现的情况。
现在我们思考两个问题:
- 如果程序不止一处需要做这样的意外处理呢?
- 如果意外情况是嵌套在系统的深层(上面的 if-else 是被 run 间接调用),而出现错误后需要跳转到上层调用的某个特定位置呢?
针对第一个问题:我们可以将意外处理(也就是异常处理)封装成一个函数,然后在需要的地方调用。
针对第二个问题:我们可以精心设计函数的接口,使其满足我们的处理流程。但这是很困难的一件事。
所以上面给出的解决方案,理论上可以实现我们的需求,但是较为繁琐,对于程序设计的能力要求也就高。
于是,异常处理机制便出现了。异常处理从感官上来看表现得更为优雅,从功能上来说还能将问题的检测和解决分离开,实现统一处理。
异常处理机制的流程
当程序出现异常的时候,我们需要记录下发生的异常信息,比如数组越界,内存不足等等。而记录异常信息的方式便是通过一个对象来保存这些信息,这个对象也叫做异常对象。
异常对象的类型既可以是STL提供的类型,也可以是自定义的类。如果是自定义异常类型,该类型必须具有拷贝构造函数或者移动构造函数。
异常处理机制的流程是:
- 抛出异常对象。在异常发生的位置通过关键字
throw
抛出一个异常对象 - 接收异常对象并进行异常处理。在异常发生的作用域内或者外层作用域内接受异常并处理。
下面主要分两个部分介绍异常处理。
抛出异常对象
我们先定义一个异常类型
class Error
{
public:
Error() = default;
Error(string error_type):_error_type(error_type){}
Error(const Error &error) = default; // 使用合成的拷贝构造函数
private:
string _error_type;
}
那么如何抛出异常呢?
通过关键字throw
。抛出异常对象的代码如下:
// ...
Error error("这是一个异常"); // 定义异常对象
throw error; // 抛出异常
// 当然也可以这样 throw Error("这是一个异常");
在我们的图数销售系统中使用抛出异常的完整代码如下:
// 系统中的类类型
class BookISBN
{
public:
// ...
std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号
}
// 异常对象类型
class Error
{
public:
Error() = default;
Error(string error_type):_error_type(error_type){}
Error(const Error &error) = default; // 使用合成的拷贝构造函数
private:
string _error_type;
}
// 主函数
void run()
{
// ...
if(book_a.GetISBN() == book_b.GetISBN()) // book_a book_b 假设已经定义
{
// 继续后面的处理
}
else
{
/************************************************************/
* 抛出异常 *
* 异常的处理交给异常接收代码(后面介绍如何接收异常) *
*************************************************************/
throw Error("错误!两本书的ISBN不一样,不能进行比较!"); // 抛出异常
}
}
// 主程序
int main()
{
Init(); // 初始化系统
while(1)
{
run(); // 运行系统
}
return 0;
}
程序在执行throw error_object
后到底做了什么事呢?
在全局作用域内创建了一个
error_object
的副本。这个临时全局对象的地址由编译器进行分配管理,在合适的时候(比如异常处理结束)由编译器进行销毁。程序员不用操心。所以这也是为什么异常对象必须要有拷贝(移动)构造函数的原因。
销毁
throw
语句前已经创建的局部对象。大家可以把throw
理解为具有return
功能的关键字。所以
throw
之前一定要释放new/malloc
的对象防止内存泄漏。
另外需要声明的一点就是,在创建异常对象的全局副本的时候是按照静态类型来拷贝。
假设类Derived
继承自类Base
Derived d;
Base &rd = d;
throw rd;
此时,创建的异常对象d
的全局副本只包含基类Base
的部分。(这个是很自然的事,特别写出来是担心大家有疑虑)
接收异常对象并处理
当我们抛出对象之后,程序就开始搜索可以接收异常对象的代码。接收异常的方式是使用try catch
两个关键字。
具体的用法入下代码:
try
{
// 这里是包含可能抛出异常的代码
}
catch(ErrorType1 error) //
{
// 处理异常。想怎么处理就怎么写呗。
}
catch(ErrorType2 error)
{
// 同上
// catch 分支可以有一个也可以有多个,看自己需要
}
...
我们在try
的作用域内抛出异常。编译器在外部作用域查找到catch
关键字接收异常,然后就像函数调用一样,用异常对象的全局副本作为实参,传进与之类型相匹配的catch
块中,然后继续执行代码。
我们把接收异常的代码加入主程序后的完整代码:
// 系统中的类类型
class BookISBN
{
public:
// ...
std::string GetISBN() const; // 成员函数,返回ISBN编号
}
// 异常对象类型
class Error
{
public:
Error() = default;
Error(string error_type):_error_type(error_type){}