《C++程序設計語言》課件第13章

第13章異常處理

13.1概述

13.2C++異常處理結構try、throw和catch

13.3異常類層次*13.4捕獲new操作所產生的異常*13.5C++標準庫異常層次

小結

練習題

本章要點：

C++異常處理結構；

C++異常類的層次化組織；

捕獲new產生的異常；

C++標準庫異常類層次。

13.1概述

正如7.3節(jié)所述，對于一個實用的程序而言，沒有錯誤處理是不可能的。實際的(大型)程序是由許多人在不同的時間內開發(fā)出來的，許多出錯處理任務并不一定能在(或者不應當在)發(fā)現(xiàn)出錯的地方完成。

一個欠缺良好結構的程序(有時也可能是由于沒有語言支持機制造成的)，對其錯誤通常采用判斷語句(如C++中的if和switch語句)進行判斷與處理。這種錯誤的判斷與處理方式帶來兩個問題：

(1)大量的錯誤處理代碼與程序的功能代碼交織在一起，這不僅造成了程序結構的混亂不堪，而且往往錯誤處理代碼遠遠大于程序的功能代碼，這使得程序的可讀性與可維護性大大下降。

(2)對于某些錯誤而言，程序不知如何或不能夠處理，因而對此類錯誤只能丟棄，這又往往使程序的可靠性大大下降，甚至在某些極端的情況下，程序退化成不可用。

欲正確處理一個錯誤，需要明確知道如下兩類信息：

(1)錯誤發(fā)生的地點，何種類型的錯誤；

(2)怎樣處理錯誤，在何處處理錯誤。

因此，出錯處理任務應當被分解成兩部分：錯誤處理與錯誤的報告。

(1)在某處(更一般地說是在某一模塊)若發(fā)現(xiàn)錯誤(該錯誤可能是本模塊中的錯誤，亦可能是來自其它模塊中的錯誤)，能處理，則進行處理。

(2)不能處理則應設置出錯報告的條件，當滿足條件時進行報告，以提供必要的信息，供可能進行錯誤處理的模塊進行錯誤處理。

C++的異常處理機制(ExceptionHandling)提供了一種結構化的、能有效地捕獲和處理各種類型的錯誤的機制。該機制將錯誤的報告與錯誤的處理顯式分離，并使得系統(tǒng)能從導致異常的錯誤中恢復，恢復的過程即執(zhí)行異常處理器(ExceptionHandler)。

13.2C++異常處理結構try、throw和catch

在C++中，每一個異常(Exception)都是一個錯誤類的實例，C++用try-catch塊進行異常的捕獲與處理，用throw語句進行錯誤的報告。

C++的異常處理結構如下：

//…

try{

//…可能出現(xiàn)異常的程序代碼

}

catch(Error1e1){

//…對異常類Error1對象e1的處理代碼

}

catch(Error2e2){

//…對異常類Error2對象e2的處理代碼

}

//…

編程時，程序員將可能產生異常的代碼放入try塊中，try塊后面是一個或多個catch塊(亦稱為catch子句或異常處理器)。每個catch塊捕獲和處理其參數(shù)表中指定的某種類別的異常。

C++語法規(guī)定：try塊允許嵌套，catch塊不允許嵌套，且每個catch塊是互斥的。

當try塊中拋出異常時，程序控制離開try塊，并依次從catch塊中搜索其參數(shù)類型與異常類型相匹配的異常處理器進行異常處理，之后轉入到最后一個catch塊后的代碼執(zhí)行；如果try塊沒有拋出異常，則跳過所有的catch異常處理器，并轉入到最后一個catch塊后的代碼執(zhí)行。13.2.1拋出異常

在程序中，若出現(xiàn)某一異常，而在此時又無法進行自身處理，可利用throw子句重新拋出該異常。執(zhí)行throw的點稱為拋出點(ThrowPoint)。throw既可以拋出一個字符串字面值(錯誤消息)，亦可以拋出一異常類對象。拋出對象向處理該異常的異常處理器傳遞錯誤信息。下面給出一try-catch和throw的應用實例。13.2.2重新拋出異常

捕獲異常的處理器(catch塊)當捕獲到一異常時，可能在某些情況下又不能處理該異常或不知如何處理該異?；虿荒芡耆幚碓摦惓＃藭r，可利用throw語句重新拋出該異常，此時拋出的異常由其它異常處理器或系統(tǒng)進行處理。

例:

voidf()

{

try{

//...

}

catch(Ee){

//...

throw;

}

}13.2.3捕獲所有的異常

為了捕獲所有的異常，C++提供了catch()異常處理器以供處理系統(tǒng)中所有的catch塊沒有捕獲和處理的異常。

例：

voidm(){

try{

//...

}

catch(...){ //任意異常處理器

//...

}

}

13.3異?常?類?層?次

如果系統(tǒng)中可能有多個異常，而且這些異常是相關的，那么我們就應當將這些相關的異常類進行層次化的組織(采用繼承機制，樹或有向無環(huán)圖)。異常類的層次化組織對于正確捕獲和處理異常是至關重要的。

例如，在算術運算中可能產生下述異常：

classMatherr{//...};//通用算術異常類的父類

classOverflow:publicMatherr{//...};

//上溢異常類

classUnderflow:publicMatherr{//...};

//下溢異常類

classZerodivid:publicMatherr{//...};

//被零除異常類上述異常類可按上述形式進行組織，即Matherr為所有算術類的父類，其它的Overflow、Underflow和Zerodivid類均為Matherr類的子類。異常處理器可按如下方式進行組織：

//...

try{

//...

}

catch(Overflow){//上溢錯誤類的捕獲與處理

//...

}

catch(Underflow){//下溢錯誤類的捕獲與處理

//...

}

catch(Zerodivid){//被零除錯誤類的捕獲與處理

//...

}

catch(Matherr){//其它算術類錯誤的捕獲與處理

//...

}

//...從上述例子可看出，異常處理器的排列順序是按照異常類層次自底向上順序進行的，這樣才能保證當一個具體的或一般的算術類錯誤拋出時，其異常都確保能被捕獲處理。

catch異常處理器的參數(shù)類型可以是錯誤類層次中的父類類型，此時，若實參為子類，則參數(shù)只接受其父類成員的那一部分。當catch參數(shù)表中的參數(shù)為異常類的父類的指針或引用時，實參既可以是父類的指針或引用，亦可以是子類的指針或引用，此時即可進行多態(tài)的錯誤處理。*13.4捕獲new操作所產生的異常

從前面的討論我們已經(jīng)知道，new操作用于動態(tài)地在堆中申請內存。當new操作失敗(返回值為零)時，我們可用如下方法處理該異常：

(1)采用assert宏測試new的返回值，若返回值為零，則assert宏終止程序的運行。但這并不是new異常處理的健壯機制，因為它不允許我們用任何方法從異常中恢復。

(2)?C++標準指出：當出現(xiàn)new故障時，系統(tǒng)會拋出bad_alloc異常(在頭文件<new>中定義)，我們可利用該異常和C++的異常處理機制來處理該異常。例如：

(3)利用函數(shù)set_new_handler(void(*fp)())(在<new>中定義)進行new故障的處理，其中fp為指向一用戶編寫的處理該new故障的函數(shù)指針。當new故障發(fā)生時(不管在程序中的任何地方)，系統(tǒng)通過set_new_handler函數(shù)自動跳轉到fp指針所指的new故障的異常處理函數(shù)中。例如：

#include<iostream>

#include<new>

#include<cstdlib>

usingnamespacestd;

voidcustomNewHandler()

{

cerr<<“customNewHandlerwascalled”;

abort();

(4)一般而言，我們用new操作符動態(tài)申請內存空間，用delete操作符釋放其動態(tài)申請的內存空間。但當內存分配之后且在執(zhí)行delete之前發(fā)生了異常，則可能發(fā)生內存泄漏問題。解決該問題的方法是采用系統(tǒng)頭文件<memery>中的auto_ptr類模板。

一個auto_ptr對象維護動態(tài)分配的內存指針，當該auto_ptr對象超出作用域時，則auto_ptr自動進行delete操作。auto_ptr類模板過載了“*”和“->”運算符，因此對auto_ptr可像一個普通指針一樣使用。auto_ptr類模板及其使用方法見下例：程序運行輸出結果：

Creatinganauto_ptrobjectthatpointstoanInteger

ConstructorforInteger7

Usingtheauto_ptrtomanipulatetheInteger

IntegeraftersetInteger:99

Terminatingprogram

DestructorforInteger99*13.5C++?標準庫異常層次

C++標準庫提供的異常類層次中，所有的異常類都從exception(在<exception>中定義)派生而來，該基類有一個成員函數(shù)what()，每個派生異常類可重置該方法，該方法報告異常的相應信息。

從exception類可直接派生兩個異常類：

runtime_error類，所有運行時異常類的父類；

logic_error類，所有程序邏輯錯誤類的父類。

另外，從exception中還可以派生出一些其它的異常類(系統(tǒng)運行時自動拋出)，如：

bad_alloc，new操作失敗拋出的異常；

bad_cast，dynamic_cast操作失效拋出的異常；

bad_typeid，type_id操作失效時拋出的異常。小結

C++?的異常處理機制使得程序可結構化地捕獲和處理異常，而不是任其發(fā)生和造成惡果。

每一個異常即是一個錯誤類的實例。C++用try-catch結構來捕獲和處理程序所發(fā)生的異常。每個catch是互斥的，catch子句的參數(shù)為一個異常類對象或異常類的指針或引用，或者為char*類型。每個catch捕獲并處理與其參數(shù)表一致或相容的異常對象。一般而言，系統(tǒng)中有多種類別的異常，我們應將這些異常進行層次化的組織。為了捕獲和處理整個異常類層次中的所有異常，catch應以其參數(shù)類別按異常類層次自底向上的順序進行排列。我們還可用catch(…)來捕獲一切未知的異常。

當程序中出現(xiàn)異常而又無法處理或不知如何處理時，可用throw子句重新拋出該異常；當catch處理器接到一個異常而又無法處理或不知如何處理時，可用throw重新拋出該異常。

C++標準類庫中，定義了except