C++11异常：到底是怎么个异常

一、C/C++如何处理错误

1.1C语言传统的处理错误的方式

1.2C++异常概念

二、异常的使用

2.1异常的抛出和捕获

2.2try/catch的使用

2.3异常安全

2.4异常的重新抛出

2.5异常的规范

三、服务器开发中异常体系的模拟

一、C/C++如何处理错误

1.1C语言传统的处理错误的方式

传统的错误处理机制：

1. 终止程序，如assert，缺陷：用户难以接受。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：需要程序员自己去查找对应的错误。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。

1.2C++异常概念

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 : 在您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 块中的代码标识将被激活的特定异常,它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。使用 try/catch 语句的语法如下所示：

try
{
	// 保护的标识代码
}
catch (ExceptionName e1)
{
	// catch 块
}
catch (ExceptionName e2)
{
	// catch 块
}
catch (ExceptionName eN)
{
	// catch 块
}

二、异常的使用

2.1异常的抛出和捕获

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应该激活哪个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，问题是不知道异常错误是什么。起到了兜底的作用，如果抛出了一些没有对应catch的异常可以及时拦截。可以增强程序的健壮性。

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，后面会详细讲解这个。

在函数调用链中异常栈展开匹配原则：

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. 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子句后面继续执行。

2.2try/catch的使用

抛出的异常必须被对应的catch捕获，如果到main函数还没有被捕获，编译器就会报错。

double Division(int a, int b)
{
	// 当b == 0时抛出异常
	if (b == 0)
		throw "Division by zero condition!";
	else
		return ((double)a / (double)b);
}


void fxx()
{
	int i = 0;
	cin >> i;
	if (i % 2 == 0)
	{
		throw 1;
	}
}

void Func()
{
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	cout << Division(len, time) << endl;
	try
	{
		fxx();
	}
	catch (int x)
	{
		cout <<__LINE__<<"捕获异常:" << x << endl;
	}

	cout << "=====================" << endl;

}

int main()
{
	try 
	{
		Func();
	}
	catch (const char* errmsg)
	{
		cout << errmsg << endl;
	}
	catch (int x)
	{
		cout << __LINE__ <<"捕获异常:"<< x << endl;
	}
	cout << "~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~" << endl;
	return 0;
}

2.3异常安全

常见的执行流：

break、continue、return

常见的执行流一般都不会跨多个函数，而异常不同，一旦throw就会跨多个函数去找对应的catch。

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。 如果在构造时抛异常导致没有完全初始化，在异常处理结束最后调用该对象的析构函数时程序会因为在析构时会delete掉那部分没有被初始化的野指针。

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。

2.4异常的重新抛出

针对C++中导致资源泄露（比如在new和delete中间进行异常抛出）的问题，我们可以使用异常重新抛出来解决：这里捕获异常后并不处理异常，而是再次抛出交给外面进行处理。

#include<functional>
using namespace std;
#include<iostream>
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 fyy() noexcept
{
	int len, time;
	cin >> len >> time;
	cout << Division(len, time) << endl;
}

void Func()
{
	// 这里可以看到如果发生除0错误抛出异常，另外下面的array没有得到释放。
	// 所以这里捕获异常后并不处理异常，异常还是交给外面处理，这里捕获了再
	// 重新抛出去。
	int* array = new int[10];
	try {
		fyy();
	}
	catch (...)
	{
		// 捕获异常不是为了处理异常
		// 是为了释放内存，然后异常在重新抛出
		cout << "delete []" << array << endl;
		delete[] array;

		throw;  // 捕到什么抛什么
	}

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

2.5异常的规范

1. 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。

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。

// 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;

而实际中这个规范的使用很差，有时候你也不知道你会不会在这里抛异常，有时候这个给函数或许不会抛异常，但不能保障其内部调用的函数不会抛异常。

所以C++11中引入新的语法，只要有可能抛就什么都别加，确定不会抛异常加noexcept。

三、服务器开发中异常体系的模拟

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。

这样大家抛出的都是继承的派生类对象，捕获一个基类就可以了。

当有了异常的概念之后，我们就可以与继承多态等语法结合起来进行使用：

一个服务器的运行往往需要经过很多层，从网页服务器到HTTP服务器再到缓存，再到数据库，而当其中一个环节出现问题后，需要返回异常信息，不但要返回异常信息，还要清晰的让程序员知道是哪个环节，出了什么问题，所以每当某个环节出现问题时，需要精准的抛出异常并返回。

而针对每一个部分，都去构造一个catch是很麻烦的，这时就可以先实例化出一个Exception类用来存放报错信息，what来返回报错信息然后用各个部分去继承，并且对what()进行重写，每个类都对自己的what进行重写，构成多态，返回出该类的名称和错误信息，而catch只需要用基类对象来进行接收，在使用时就会进行多态调用从而拿到具体的错误信息。

#include<functional>
using namespace std;
#include<iostream>
// 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;
	int _id;
};
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//HTTP服务器
{
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()//包含与数据库连接、执行SQL语句、获取查询结果等相关的方法和属性
{
	srand(time(0));
	if (rand() % 7 == 0)
	{
		throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
	}
	//throw "xxxxxx";
}
void CacheMgr()//用于控制存放未提交事务的虚拟内存和临时磁盘空间
{
	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()//网页服务器，也称网站服务器
{
	// ...
	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()
{
	srand(time(0));
	while (1)
	{
		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;
}

而碰到以下情况，就需要引入新的方法来解决————智能指针。

四、C++标准库的异常体系

C++ 提供了一系列标准的异常，定义在中，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：

说明：实际中我们可以可以去继承exception类实现自己的异常类。但是实际中很多公司像上面一

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。

int main()
{
	try {
		vector<int> v(10, 5);
		// 这里如果系统内存不够也会抛异常
		v.reserve(1000000000);
		// 这里越界会抛异常
		v.at(10) = 100;
	}
	catch (const exception& e) // 这里捕获父类对象就可以
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	catch (...)
	{
		cout << "Unkown Exception" << endl;
	}
	return 0;
}

五、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，具体看下面的详细解释。

int ConnnectSql()
{
	// 用户名密码错误
	if (...)
		return 1;

	// 权限不足
	if (...)
		return 2;
}

int ServerStart() {
	if (int ret = ConnnectSql() < 0)
		return ret;
	int fd = socket()
		if（fd < 0）
		return errno;
}

int main()
{
	if (ServerStart() < 0)
		...

		return 0;
}

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，不方便使用错误码方式处理。比如T& operator这样的函数，如果pos越界了只能使用异常或者终止程序处理，没办法通过返回值表示错误。

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。这会导致我们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，都使用 func（） 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。另外OO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。