C++ 异常处理机制详解

4、查找匹配的处理代码

1. 一般情况下抛出对象和 catch 是类型完全匹配的，如果有多个类型匹配的，就选择离他位置更近的那个。
2. 但是也有一些例外，允许从非常量向常量的类型转换，也就是权限缩小；允许数组转换成指向数组元素类型的指针，函数被转换成指向函数的指针；允许从派生类向基类类型的转换，这个点非常实用，实际中继承体系基本都是用这个方式设计的。
3. 如果到 main 函数，异常仍旧没有被匹配就会终止程序，不是发生严重错误的情况下，我们是不期望程序终止的，所以一般 main 函数中最后都会使用 catch(...)，它可以捕获任意类型的异常，但是是不知道异常错误是什么。

#include <thread>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iostream>
using namespace std;

// 一般大型项目程序才会使用异常，下面我们模拟设计一个服务的几个模块
// 每个模块的继承都是 Exception 的派生类，每个模块可以添加自己的数据
// 最后捕获时，我们捕获基类就可以
class Exception {
public:
    Exception(const string& errmsg, int id) : _errmsg(errmsg), _id(id) {}
    virtual string what() const { return _errmsg; }
    int getid() const { return _id; }
protected:
    string _errmsg;
    int _id;
};

class SqlException : public Exception {
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 {
public:
    CacheException(const string& errmsg, int id) : Exception(errmsg, id) {}
    virtual string what() const {
        string str = "CacheException:";
        str += _errmsg;
        return str;
    }
};

class HttpException : public Exception {
public:
    HttpException(const string& errmsg, int id, const string& type) : Exception(errmsg, id), _type(type) {}
    virtual string what() const {
        string str = "HttpException:";
        str += _type;
        str += ":";
        str += _errmsg;
        return str;
    }
private:
    const string _type;
};

void SQLMgr() {
    if (rand() % 7 == 0) {
        throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");
    } else {
        cout << "SQLMgr 调用成功" << endl;
    }
}

void CacheMgr() {
    if (rand() % 5 == 0) {
        throw CacheException("权限不足", 100);
    } else if (rand() % 6 == 0) {
        throw CacheException("数据不存在", 101);
    } else {
        cout << "CacheMgr 调用成功" << endl;
    }
    SQLMgr();
}

void HttpServer() {
    if (rand() % 3 == 0) {
        throw HttpException("请求资源不存在", 100, "get");
    } else if (rand() % 4 == 0) {
        throw HttpException("权限不足", 101, "post");
    } else {
        cout << "HttpServer 调用成功" << endl;
    }
    CacheMgr();
}

int main() {
    srand(time(0));
    while (1) {
        this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
        try {
            HttpServer();
        } catch (const Exception& e) // 这里捕获基类，基类对象和派生类对象都可以被捕获
        {
            cout << e.what() << endl;
        } catch (...) {
            cout << "Unknown Exception" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

5、异常重新抛出

有时 catch 到一个异常对象后，需要对错误进行分类，其中的某种异常错误需要进行特殊的处理，其他错误则重新抛出异常给外层调用链处理。捕获异常后需要重新抛出，直接 throw; 就可以把捕获的对象直接抛出。

// 下面程序模拟展示了聊天时发送消息，发送失败补货异常，但是可能在
// 电梯地下室等场景手机信号不好，则需要多次尝试，如果多次尝试都发
// 送不出去，则就需要捕获异常再重新抛出，其次如果不是网络差导致的
// 错误，捕获后也要重新抛出。
void _SeedMsg(const string& s) {
    if (rand() % 2 == 0) {
        throw HttpException("网络不稳定，发送失败", 102, "put");
    } else if (rand() % 7 == 0) {
        throw HttpException("你已经不是对象的好友，发送失败", 103, "put");
    } else {
        cout << "发送成功" << endl;
    }
}

void SendMsg(const string& s) {
    // 发送消息失败，则再重试 3 次
    for (size_t i = 0; i < 4; i++) {
        try {
            _SeedMsg(s);
            break;
        } catch (const Exception& e) {
            // 捕获异常，if 中是 102 号错误，网络不稳定，则重新发送
            // 捕获异常，else 中不是 102 号错误，则将异常重新抛出
            if (e.getid() == 102) {
                // 重试三次以后否失败了，则说明网络太差了，重新抛出异常
                if (i == 3) throw;
                cout << "开始第" << i + 1 << "重试" << endl;
            } else {
                throw;
            }
        }
    }
}

int main() {
    srand(time(0));
    string str;
    while (cin >> str) {
        try {
            SendMsg(str);
        } catch (const Exception& e) {
            cout << e.what() << endl << endl;
        } catch (...) {
            cout << "Unknown Exception" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

6、异常安全问题

1. 异常抛出后，后面的代码就不再执行，前面申请了资源 (内存、锁等)，后面进行释放，但是中间可能会抛异常就会导致资源没有释放，这里由于异常就引发了资源泄漏，产生安全性的问题。中间我们需要捕获异常，释放资源后面再重新抛出，当然后面智能指针章节讲的 RAII 方式解决这种问题是更好的。
2. 其次析构函数中，如果抛出异常也要谨慎处理，比如析构函数要释放 10 个资源，释放到第 5 个时抛出异常，则也需要捕获处理，否则后面的 5 个资源就没释放，也资源泄漏了。《Effective C++》第 8 个条款也专门讲了这个问题，别让异常逃离析构函数。

doubleDivide(int a, int b) {
    // 当 b == 0 时抛出异常
    if (b == 0) {
        throw "Divide 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，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，异常还是交给外层处理，这里捕获了再
    // 重新抛出去。
    int* array = new int[10];
    try {
        int len, time;
        cin >> len >> time;
        cout << doubleDivide(len, time) << endl;
    } catch (...) {
        // 捕获异常释放内存
        cout << "delete []" << array << endl;
        delete[] array;
        throw;
    }
    cout << "delete []" << array << endl;
    delete[] array;
}

int main() {
    try {
        Func();
    } catch (const char* errmsg) {
        cout << errmsg << endl;
    } catch (const exception& e) {
        cout << e.what() << endl;
    } catch (...) {
        cout << "Unknown Exception" << endl;
    }
    return 0;
}

7、异常规范

1. 对于用户和编译器而言，预先知道某个程序会不会抛出异常大有裨益，知道某个函数是否会抛出异常有助于简化调用函数的代码。
2. C++98 中函数参数列表的后面接 throw()，表示函数不抛异常，函数参数列表的后面接 throw(类型 1，类型 2…)表示可能会抛出多种类型的异常，可能会抛出的类型用逗号分割。
3. C++98 的方式这种方式过于复杂，实践中并不好用，C++11 中进行了简化，函数参数列表后面加 noexcept 表示不会抛出异常，啥都不加表示可能会抛出异常。
4. 编译器并不会在编译时检查 noexcept，也就是说如果一个函数用 noexcept 修饰了，但是同时又包含了 throw 语句或者调用的函数可能会抛出异常，编译器还是会顺利编译通过的 (有些编译器可能会报个警告)。但是一个声明了 noexcept 的函数抛出了异常，程序会调用 terminate 终止程序。
5. noexcept(expression) 还可以作为一个运算符去检测一个表达式是否会抛出异常，可能会则返回 false，不会就返回 true。

// C++98
// 这里表示这个函数只会抛出 bad_alloc 的异常
void* operatornew(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
// 这里表示这个函数不会抛出异常
void* operatordelete(std::size_t size, void* ptr) throw();

// C++11
size_type size() const noexcept;
iterator begin() noexcept;
const_iterator begin() const noexcept;

doubleDivide(int a, int b)
//noexcept
//{
// 当 b == 0 时抛出异常
//if(b ==0){throw"Divide by zero conditon!";}
//return((double)a /(double)b);}

int main() {
    try {
        int len, time;
        cin >> len >> time;
        cout << doubleDivide(len, time) << endl;
    } catch (const char* errmsg) {
        cout << errmsg << endl;
    } catch (...) {
        cout << "Unknown Exception" << endl;
    }
    int i = 0;
    cout << noexcept(Divide(1, 2)) << endl;
    cout << noexcept(Divide(1, 0)) << endl;
    cout << noexcept(++i) << endl;
    return 0;
}

二、标准库的异常

1. https://legacy.cplusplus.com/reference/exception/exception/

C++ 标准库也定义了一套自己的一套异常继承体系库，基类是 exception，所以我们日常写程序，需要在主函数捕获 exception 即可，要获取异常信息，调用 what 函数，what 是一个虚函数，派生类可以重写。