C++——异常

在C语言中我们，程序运行结果最终只有，三种状态：结果对，结果不对，异常终止。
其中处理错误的方式就是依据错误码，错误码一般又被赋予了各自的意义，依据错误
码来进一步修改代码。知道错误码意义的人有可能查阅记录来判断是出了哪种，有点
浪费时间，而不知道的人，完全无从下手，错误码的存在也就毫无意义了。而在OO语
言中，有着抛异常的概念，它能够比错误码更加精确的指出问题的所在，而C++作为OO
语言的其中一员，也具有抛异常功能，今天让我来介绍C++中的异常。

1.初识异常

导致程序异常终止比较经典一个就是除零，C语言中一般是使用assert来处理，让我们来看一个抛出和捕获异常的代码：

这就是一个简单的抛出异常捕获异常的代码，其中有需要注意的几点：

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。

2.异常的特点

a. 异常的抛出与匹配

抛异常就是抛出一个对象，当使用catch接收的时候，catch接收对象跟抛出对象类型必须是一致的：

可以看到，就连const char*和string之间也不行。
并且，这个对象是当抛出后会生成一个临时对象，这个对象被catch后就会销毁。
类型严格匹配也有例外，那就是具有父子类的类型也可以抛出（派生类）和接收（基类）。
使用catch（…）可以接受任意类型的异常，但是很明显你无法得知这个抛出的异常带有什么信息：

a. 异常的匹配机制

当抛出异常之后，会匹配最近的可匹配的异常捕获模块：


如果不匹配会一直沿着栈帧找。如果找到main函数中都没有，程序就终止了。
并且异常地抛出和接收具有跳跃性，也就是当有抛异常之后有匹配的catch时，代码会直接跳到catch执行后续代码：

可以看到，并没有释放arr的内存，那这样就会导致内存泄漏，C++中异常经常会导致内存泄漏。所以就会有解决方式，那就是异常的重新抛出：

说白了就是，在栈帧链中开辟资源的栈帧中，再次接收和抛出异常，在抛出异常的代码中释放该栈帧中前面开辟的资源，接受的时候使用catch（…）然后抛出的时候时throw;意思就是我接受了一个异常，我也不知道是什么，然后再把他继续抛出就可以。算是特殊处理。但是这种方式有着很明显的缺点，那就是每有资源在栈帧中需要释放时都需要写这么一变，太麻烦了，那还有另一种解决方法，那就是RAII的思想，在C++中那就是智能指针。这个后面会介绍。

c. 异常安全

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
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)
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。

d. 异常的规范

为了能够让自己写的代码可读性很高，C++标准提出了一种规范的写法：

这样能够显示出我这个函数中可能会抛出这样的异常，至于为什么是可能，代码展示：

可以看到我这里，显示的意思是可能会抛出int类型的异常，但是我函数中并没有抛出int异常的部分，我的代码依旧正常正常运行。

我没有表示这个函数里可能会抛出string的异常，但是代码依旧正常运行，所以，这个规范表示也只是能提高代码的可读性，并不会代码的安全性（只是一个提示）。
那基于这种可能会出现摆设的情况，那么C++11中就提出了一个关键noexcept，这个关键字说明该函数中不会抛出异常。

那么可以看到，这个关键字会起作用，函数中就算真的抛出了异常，后面也不会接收。所以要注意。

3. 自定义异常体系

我们上面说了，关于抛出异常的类型和接收的类型可以不是严格类型一致的，那就是具有父子关系的类型，而在公司中的工程中，一般都会有一套自定义的异常体系：

那很明显了，需要实现这种体系，必须得实现多态。

C++标准库的异常体系

out_of_range也就是我们的访问内存越界了：

我们也可以用一下：

new和delete出错的话也是以抛异常的方式来处理的。

4. C++异常的优缺点

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。
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。

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。

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。