异常处理

异常处理的基本概念

1.为什么要异常处理

在设计各种软件系统中，处理程序中的错误和其他反常行为是非常困难的，比如服务器上长期允许的网络服务程序将80%的代码用于实现错误检测和错误处理

异常是指程序运行时出现的不正常。程序运行过程中可能会出现下列异常：
（1）CPU异常。在计算过程中，出现除数为0的情况
（2）内存异常：使用new或malloc申请动态内存但存储空间不够；数组下标越界；使用野指针，迷途指针读取内存
（3）设备异常：无法打开文件，或能够打开文件但文件有损坏，从而无法读取数据；正在读取磁盘文件时挪动了文件或磁盘；正在使用打印机但设备被断开；正在使用的网络短线或阻塞
（4）用户数据异常：scanf输入时数据格式或类型有错误；正在处理的数据库有错误；程序假定的数据环境发生变化

2.程序的健壮性

健壮性又称为鲁棒性，是指程序对于规范要求以外的特殊情况的处理能力

健壮的程序对于规范操作以外的特殊情况能够有合理的处理方式

健壮性有时也和容错性，可移植性或正确性有交叉的地方

一个程序可以从错误的环境中推断出正确合理的内容，这是容错性度量的标准，但也可以认为这个程序是健壮的
一个程序可以正确的运行在不同的环境下，则认为程序的可移植性高，也可以称该程序在不同平台下是健壮的
一个程序能够检测自己内部的设计或者编码错误，并得到正确的执行结果，这是程序的正确性标准，但也可以说程序内部的保护机制，是健壮的

程序的健壮性是在异常情况下系统生存的关键所在，计算机程序在输入错误，磁盘故障，网络过载或恶意攻击的情况下能否不死机，不崩溃，就是程序的健壮性

3.异常处理的方法

（1）终止模型。在终止模型中，将假设错误非常关键，以至于程序无法返回异常发生的地方继续执行。一旦异常被抛出，就表明错误已经无法挽回，程序不能继续执行了

（2）恢复模型。恢复模型是指异常处理程序的工作是修正错误，任何重新尝试调动出问题的过程

4.异常处理的机制

抛出异常（throw），检测异常（try块），捕获异常（catch块）
基本原理：把需要检测的程序放到try块中，把异常处理的程序放到catch中。如果执行一个函数时出现异常，可以不在该函数中立即处理，而是抛出异常信息，传递给它的上一级函数（调用函数），它的上一级函数捕获到这个信息后再进行处理。如果上一级函数也不处理，就逐级向上传递。如果传递到了最高一级（如main函数）还不处理，最后只能异常终止程序的执行

C++异常处理的机制使异常与处理可以不由同一个函数来完成。这样做的优点是使深层次的函数专注于问题求解，而不必承担处理异常的任务，减轻了深层次函数的负担，而把处理异常的任务集中到某一层次的函数中专门来解决

异常处理的实现

1.抛出异常
可以使用throw表达式抛出异常，将异常抛掷给主调函数去处理
throw表达式的一般形式为：

throw 表达式;

异常通常以类似于实参传递给函数的方式（由throw）抛出和（被catch）捕获，throw表达式的类型决定了所抛出的异常类型

由于C++是根据类型来区分不同的异常的，因此在抛出异常时，throw表达式的值没有实际意义，而表达式的类型则非常重要。如果程序中有多处要抛出异常，应该用不同的表达式类型来相互区别

if(test==0) throw test; //抛出int型异常
if(test==1) throw 'a'; //抛出char型异常
if(test==2) throw 333.23; //抛出double型异常

关于throw的说明：
（1）执行throw的时候，不会执行跟在throw后面的语句，而是将程序从throw转移到匹配的catch，该catch可以是同一函数中的catch，也可以在直接或间接调用发生异常函数的上一级函数中
（2）被抛出的对象是一个用throw表达式初始化的“异常对象”。异常对象由throw创建，并初始化为被抛出的表达式副本。异常对象将传递给对应的catch，并在异常处理完成后撤销。因此异常对象必须是可以复制的类型（具有复制构造函数）
（3）如果抛出的是数组，被抛出的对象自动该转换为指向该数组首元素的指针，如果抛出的是一个函数，函数被转换为指向该函数的指针
（4）如果抛出一个指针，该指针是一个指向派生类对象的基类指针，则那个对象将被分割，只抛出基类的部分
（5）抛出指向局部对象的指针总是错误的，因为抛出指针的时候，必须确保进入异常处理程序时指针所指向的对象仍然存在

2.检测捕获异常
检测捕获异常的一般形式为：

try {.... //检测程序块（可能抛出异常的代码）
}
catch(异常说明符1) {.... //处理程序（当异常说明符1被抛出时执行的程序）
}
catch(异常说明符2) {.... //处理程序（当异常说明符2被抛出时执行的程序）
}.... //更多的catch

一个try块可以紧跟一个或多个catch块。在try中执行程序块所抛出的异常，通常会被其中的一个catch子句处理，一旦catch子句执行结束，程序流程继续执行紧随最后一个catch子句后面的语句

catch子句中的异常说明符是有一个形参的形参列表，有三种形式：
（1）catch(类型名) //catch只需要了解异常的类型
（2）catch(类型名 形参名) //catch需要了解异常的类型之外的信息
（3）catch(…) //捕获所有异常

因为不可能知道可能被抛出的所有异常，这时使用catch(…)是非常有效的。如果catch(…)与其他catch子句结合使用，那么它必须是最后一个，否则任何跟在它后面的catch子句都得不到匹配检测

try { ... //欲检测可能发生异常的程序块
}
catch(int) { //匹配int型的异常... //对应int型的异常处理程序
}
catch(Point) { //匹配Point型的异常... //对应Point型的异常处理程序
}
catch(...) { //匹配其他类型的异常... //对应其他类型的异常处理程序
}

3.异常处理的执行过程
（1）程序流到达try块，然后执行try块内的程序块。如果没有引起异常，那么跟在try块后的catch子句都不执行，程序从最后一个catch子句后面的语句继续执行下去
（2）抛出异常的时候，将暂停当前函数的执行，开始查找匹配的catch子句
（3）首先检查throw是否在try内部，如果是，检查catch子句，看是否其中之一与抛出对象相匹配。如果找到匹配的catch，就处理异常；如果找不到，就退出当前函数并释放局部对象，然后继续在调用函数中查找
（4）如果找到匹配的catch，就处理异常；如果找不到，则退出调用函数，然后继续在调用这个函数的函数中查找
（5）沿着嵌套函数调用链继续向上，直到为异常找到一个catch子句。只要找到能够处理异常的catch子句，就进入该catch子句，并在它的处理程序中继续执行。当catch结束时，跳转到该try块的最后一个catch子句之后语句继续执行

例:异常处理举例

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<string>
using namespace std;void fun(int test) {if(test==0) throw test; //抛出int型异常if(test==1) throw 1.5; //抛出double型异常if(test==2) throw "abc"; //抛出char *型异常cout<<"fun调用正常结束"<<endl; 
}void caller1(int test) {try{fun(test); //检测异常发生 }catch(int){cout<<"caller1捕获int->"; //捕获异常 }cout<<"caller1调用正常结束"<<endl; //caller1正常结束时输出 
}void caller2(int test) {try{caller1(test);}catch(double){cout<<"caller2捕获double->"; //捕获异常 }catch(...){cout<<"caller2捕获所有未知异常->";}cout<<"caller2调用正常结束"<<endl; //caller2正常结束时输出 
}int main()
{for(int i=3;i>=0;i--)caller2(i);return 0;
}

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