性的最有效方法之一C語言實(shí)現(xiàn)出錯處理的方法是.ppt

第九章 異常處理,程序的錯誤有兩大類： 編譯鏈接錯誤：這類錯誤是由程序的語法錯誤（例 如關(guān)鍵字錯誤、變量未定義、語句結(jié)束缺分號、括 號失配、結(jié)構(gòu)失配等）和其他錯誤（函數(shù)只聲明未 定義、缺少庫的鏈接配置等）引起的。這類程序錯 誤發(fā)生在程序的編譯鏈接過程中，對于一個具有一 定經(jīng)驗(yàn)的編程人員是容易解決的。 運(yùn)行錯誤：這類程序錯誤發(fā)生在程序的運(yùn)行期間， 主要表現(xiàn)在計(jì)算過程中的被0除、內(nèi)存空間不足、數(shù) 據(jù)的輸入輸出錯誤等。這類程序錯誤只靠編程人員 的經(jīng)驗(yàn)是難以避免的。,錯誤修復(fù)技術(shù)是解決程序運(yùn)行錯誤，提高代碼健壯 性的最有效方法之一。C 語言實(shí)現(xiàn)出錯處理的方法是 出錯與錯誤處理的緊耦合，即檢查被調(diào)函數(shù)的返回值 或輸出信息，以便確定是否發(fā)生錯誤，作出相應(yīng)的處 理。這種出錯處理存在兩個主要問題： 出錯處理的繁瑣和錯誤檢查引起的代碼膨脹將不可避 免地降低程序的執(zhí)行效率，增加程序的閱讀困難。 被調(diào)用函數(shù)只清楚出錯原因而不清楚被調(diào)用環(huán)境，因 此缺乏處理錯誤的依據(jù)。因此這種將用戶函數(shù)與出 錯處理緊密結(jié)合的方法將造成使用出錯處理的不方 便和難以接受。,正是因?yàn)樯鲜鲈?，使得不少程序設(shè)計(jì)人員在實(shí)際 設(shè)計(jì)中常常 “忽略” 出錯處理，似乎是在 “不會出錯” 的 狀態(tài)下編程，這會嚴(yán)重地降低程序代碼的健壯性。 異常處理是 C+ 語言的一個重要特征，它提出了出 錯處理更加完美的方法。 出錯處理代碼的編寫不再繁瑣，也不須將出錯處理代 碼與功能代碼緊密結(jié)合。在可能發(fā)生錯誤的函數(shù)中 加入出錯代碼，并在后面調(diào)用該函數(shù)的程序中加入 錯誤處理代碼。如果程序中多次調(diào)用一個函數(shù)，可以在程序中加入一個專門用于被調(diào)函數(shù)的出錯處理 函數(shù)。, 錯誤發(fā)生是不會被忽略的。如果被調(diào)用函數(shù)需發(fā)送 一條出錯信息給調(diào)用函數(shù)，它可向調(diào)用環(huán)境發(fā)送一 個描述錯誤信息的對象。如果調(diào)用環(huán)境沒有捕獲該 錯誤信息對象，則該錯誤信息對象會被自動向上一 層的調(diào)用環(huán)境發(fā)送；如果調(diào)用環(huán)境無法處理該錯誤 信息對象，則調(diào)用環(huán)境可以將該錯誤信息對象主動 發(fā)送到上一層的調(diào)用環(huán)境中；直到該錯誤信息對象 被捕捉和處理。,9.1 C 語言的出錯處理 在通過對被調(diào)用函數(shù)的返回或?qū)嘌院?assert() 的判 斷結(jié)果的檢查能夠確切定后續(xù)操作的情況下，出錯處 理就變得十分明確和容易了，因?yàn)榭梢酝ㄟ^程序執(zhí)行 的當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境得到所有必要的信息。然而能夠這樣 處理的錯誤都是環(huán)境一般都是簡單的普通錯誤。 如果錯誤問題發(fā)生時，在程序當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境中無法 獲得足夠的錯誤發(fā)生和處理的信息，則需要從更大的 運(yùn)行環(huán)境中獲取出錯處理信息。C 語言處理這類錯誤 情況的典型方法有三種：, 出錯信息可以通過函數(shù)的返回值獲得。如果返回值 不足以描述出錯信息，則可設(shè)置全局錯誤判斷標(biāo)志 （標(biāo)準(zhǔn) C 語言中全局變量 errno 以及系統(tǒng)運(yùn)行庫函 數(shù) perror(const char *string) 、strerror(int errnum) 支持這 一方法)。由于這種方法要對每個函數(shù)調(diào)用都進(jìn)行錯 誤檢查，這將十分繁瑣并增加程序的混亂度。另 外，偶然出現(xiàn)異常的函數(shù)返回值可能并不反映什麼 問題。, 可使用 C 信號處理庫中的 signal 函數(shù)設(shè)置中斷信號 處理，和使用 raise 函數(shù)向正在運(yùn)行的程序發(fā)送信 號。這兩個函數(shù)的原型如下： void(*signal(int sig, void(_cdecl *func)(int sig, int subcode) ) (int sig); int raise( int sig ); 信號處理庫的使用者必須清楚地了解、恰當(dāng)?shù)囟x 和設(shè)置中斷信號處理。同時對于大型項(xiàng)目，不同庫 之間的信號可能會產(chǎn)生沖突。因此，信號處理庫的 使用有一定的難度。, 使用 C 標(biāo)準(zhǔn)庫中的設(shè)置跳轉(zhuǎn)函數(shù) setjmp 和非局部跳 轉(zhuǎn)函數(shù) longjmp 實(shí)現(xiàn)出錯和錯誤處理。這兩個函數(shù) 的原型如下： setjmp(jmp_buf env); longjmp(jmp_buf env, int value); 調(diào)用 setjmp 函數(shù)在程序中存儲一典型的正常狀態(tài)， 如果進(jìn)入錯誤狀態(tài)，longjmp 可恢復(fù)由 setjmp 函數(shù)所 設(shè)定的狀態(tài)，并且狀態(tài)被恢復(fù)時的存儲地點(diǎn)與錯誤 發(fā)生地點(diǎn)緊密聯(lián)系。,在較早的 Visual C+ 版本（例如 VC+ 6.0）中 C 語 言的信號處理技術(shù)和 setjmp/longjmp 函數(shù)被調(diào)用時不能 正確地調(diào)用類對象的析構(gòu)函數(shù)，所以一個描述出錯信 息的對象不能被正確地清除。如果出錯對象不能被清 除，則該對象將被保留下來且不能再次被正確地存 取，因此，實(shí)際上是不可能有效、正確地從異常情況 中恢復(fù)。所以在 C+ 編程中不推薦使用 C 語言中這種 處理出錯的方法。 例9-1 描述了 setjmp/longjmp 函數(shù)的這一特點(diǎn)。,在 VC+ 6.0 中的運(yùn)行結(jié)果： tornado, witch, munchkins. theres no place like home theres no place like home theres no place like home rainbow() is called. Auntie Em! I had the strangest dream. 分析： 由于 main 函數(shù)中 setjmp 的調(diào)用（保存當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)環(huán) 境）后返回 0，導(dǎo)致 if 分支的執(zhí)行，顯示了前 5 行 執(zhí)行信息。, 全局函數(shù) OZ 被調(diào)用，其中 longjmp 的調(diào)用結(jié)果使得 程序的運(yùn)行恢復(fù)到由 setjmp 保存的運(yùn)行點(diǎn)，導(dǎo)致使 setjmp 再次被調(diào)用。由于保存運(yùn)行點(diǎn)環(huán)境的緩沖區(qū) kansas 被 setjmp 的第一次調(diào)用設(shè)置，使得 setjmp 的 第二次調(diào)用返回值為非 0，導(dǎo)致 else 分支執(zhí)行，顯 示第 6 行運(yùn)行信息，但 rainbow 對象 RB 未被析構(gòu)。 結(jié)論： 程序中調(diào)用 setjmp 和 longjmp 的方法提供了修復(fù)程 序運(yùn)行錯誤的典型結(jié)構(gòu)和方法。 使用 setjmp 和 longjmp 可能無法析構(gòu)錯誤發(fā)生前創(chuàng) 建的對象，不能滿足面向?qū)ο蟪绦虻腻e誤處理。,9.2 C+ 語言的出錯處理 雖然 C 語言的出錯處理技術(shù)和方法在 C+ 語言的程 序設(shè)計(jì)中仍然可以使用，但更重要的是 C+ 提供了一 套符合面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的出錯處理技術(shù) 異常處 理技術(shù)。異常處理的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在： 異常的產(chǎn)生和異常的處理分離。 異常的信息數(shù)據(jù)和行為被封裝成獨(dú)立的類對象。 結(jié)構(gòu)化的異常處理為異常對象的捕獲、處理、傳遞 提供了有效、方便的編程手段。 能確保殘留對象在異常處理時被徹底析構(gòu)。,9.3 異常對象的創(chuàng)建和拋出 如果程序發(fā)生了異常情況，而在當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境中無 法獲取處理異常的足夠信息，就可以創(chuàng)建一個包含異 常信息和行為的對象，并將該對象從發(fā)生異常的運(yùn)行 環(huán)境中拋出，發(fā)送到上一層運(yùn)行環(huán)境中，這稱為異常 的創(chuàng)建和拋出，例如： throw myerror(“something bad happened“); 分析： 關(guān)鍵字 throw 的作用是拋出異常對象，被拋出的對象可以是包括系統(tǒng)預(yù)定義類型在內(nèi)的任何類型，當(dāng)然多數(shù)情況為自定義異常類型，如本例中的 myerror 就是一個以字符串為參數(shù)創(chuàng)建的自定義異常對象。, 在函數(shù)中使用關(guān)鍵字 throw 拋出異常類對象都是函 數(shù)正常執(zhí)行中不存在的。拋出異常類對象的結(jié)果是 導(dǎo)致函數(shù)退出執(zhí)行，但不是函數(shù)設(shè)計(jì)的正常返回。 因此，異常類型可以視為是函數(shù)異常退出作用域的 返回值類型。 函數(shù)的正常返回和對函數(shù)返回的檢查和處理是處于 同一作用域的，而對異常的處理作用域與異常拋出 作用域可能相距很遠(yuǎn)。注意，只有完整創(chuàng)建的異常 對象才能在異常被處理時被清除，而函數(shù)返回（包 括異常返回）時，函數(shù)作用域內(nèi)的所有對象均被清 除。, 函數(shù)可以根據(jù)錯誤發(fā)生的原因不同，拋出不同類型 的異常對象，使函數(shù)的調(diào)用者可以在更大范圍的程 序上下文環(huán)境中考慮對異常的處理。,9.4 異常的捕獲和處理 函數(shù)在發(fā)生錯誤時能以拋出異常對象的方式結(jié)束函 數(shù)執(zhí)行是建立在假定該異常對象能被捕獲和處理的前 提下的。這一假定在 C+ 中是成立的，這也是異常處 理的一個優(yōu)點(diǎn)。完成函數(shù)調(diào)用時的異常測試，異常對 象的捕獲和處理是由 try - catch 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，使得處理 程序運(yùn)行錯誤的編碼變得方便、有效，并具有完全的 結(jié)構(gòu)化和良好的可讀性。該結(jié)構(gòu)的一般形式如下： try 被測試的程序代碼 catch(異常類型 異常對象名) 異常處理的程序代碼 ,9.4.1 測試塊 try 測試塊 try 的作用是使處于該塊中的程序代碼執(zhí)行可 能拋出的異常對象能在后續(xù)的異常處理器中被捕獲， 從而確定如何處理。因此，調(diào)用一個函數(shù)，并期望在 函數(shù)調(diào)用者所在程序運(yùn)行環(huán)境中使用異常處理的方法 解決函數(shù)可能發(fā)生的錯誤，就必須將函數(shù)調(diào)用語句置 于測試塊 try 中。否則函數(shù)所拋出的異常對象就不能被 后續(xù)的異常處理器捕獲，從而使異常對象被自動傳遞 到上一層運(yùn)行環(huán)境，直至被操作系統(tǒng)捕獲和處理，導(dǎo) 致程序被終止執(zhí)行。,9.4.2 異常處理器 異常發(fā)生后，被拋出的異常對象一旦被隨后的異常 處理器捕獲到，就可以被處理。根據(jù)在當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境 中能否解決引起異常的程序運(yùn)行錯誤，對異常對象的 處理有兩種： 嘗試解決程序運(yùn)行錯誤，析構(gòu)異常對象。 無法解決程序運(yùn)行錯誤，將異常對象拋向上一層運(yùn) 行環(huán)境。 為此，異常處理器應(yīng)該具備捕獲一個以上任何類型 的異常對象的能力，每個異常對象的捕獲和處理由關(guān) 鍵字 catch 引導(dǎo)。 例如：,try / code that may generate exception catch(type1 id1) / handle exceptions of type1 catch(type2 id2) / handle exceptions of type2 / etc, 每個 catch 語句相當(dāng)于一個以特定的異常類型為單 一參數(shù)的小型函數(shù)； 標(biāo)識符 id1、id2 等如同函數(shù)中的參數(shù)名，如果對引 起該異常對象拋出的程序運(yùn)行的錯誤處理中無須使 用異常對象，則該標(biāo)識符可省略； 異常處理器部分必須緊跟在測試塊 try 之后； catch 語句與 switch 語句不同，即每個 case（情況） 引起的執(zhí)行需要加入 break 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行的結(jié)束； 測試塊 try 中不同函數(shù)的調(diào)用可能會拋出相同的異常 對象，而異常處理器中對同一異常對象的處理方法 只需要一個。,異常處理的兩種模式 終止與恢復(fù)： 終止模式 如果引起異常的是致命錯誤，即表明程序運(yùn)行進(jìn)入 了無法恢復(fù)正常運(yùn)行的狀態(tài)，這時必須調(diào)用終止模 式結(jié)束程序運(yùn)行的異常狀態(tài)，而不應(yīng)返回異常拋出 之處。 恢復(fù)模式 恢復(fù)意味著期望對異常的處理能夠修復(fù)異常狀態(tài)， 然后再次對拋出異常對象的函數(shù)進(jìn)行測試調(diào)用，使 之能夠成功運(yùn)行。,如果希望程序具有恢復(fù)運(yùn)行的能力，就需要程序在 異常處理后仍能繼續(xù)正常執(zhí)行，這時異常處理就更 像一個被調(diào)用的函數(shù)。在程序需要進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)行的 地方，可以將測試塊 try 和異常處理器放在 while 循 環(huán)中，直到測試調(diào)用得到滿意的結(jié)果。,9.4.3 異常規(guī)格說明 編寫異常處理器必須知道被測試調(diào)用的函數(shù)能拋出 哪些類型的異常對象。C+ 提供了異常規(guī)格說明語 法，即在函數(shù)原型聲明中，位于參數(shù)表列之后，清晰 地告訴函數(shù)的使用者：該函數(shù)可能拋出的異常類型， 以便使用者能夠方便地捕獲異常對象進(jìn)行異常處理。 帶有異常規(guī)格說明的函數(shù)原型說明的一般形式： 返回類型 函數(shù)名(參數(shù)表列) throw (異常類型名, ),使用異常規(guī)格說明的函數(shù)原型有三種： 拋出指定類型異常對象的函數(shù)原型： void function() throw(toobig, toosmall, divzero); 能拋出任何類型異常對象的函數(shù)原型： void function(); 注意，該形式與傳統(tǒng)的函數(shù)原型聲明形式相同。 不拋出任何異常對象的函數(shù)原型： void function() throw(); 為了實(shí)現(xiàn)對函數(shù)的安全調(diào)用和對函數(shù)執(zhí)行中可能產(chǎn) 生的錯誤進(jìn)行有效的處理。應(yīng)該在編寫每個有可能拋 出異常的函數(shù)時都應(yīng)當(dāng)加入異常規(guī)格說明。,需要特別注意的是：如果函數(shù)的執(zhí)行錯誤所拋出的 異常對象類型并未在函數(shù)的異常規(guī)格說明中聲明，則 會導(dǎo)致系統(tǒng)函數(shù) unexpected() 被調(diào)用，以便解決未預(yù)見 錯誤引起的異常。 unexpected() 是由函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)函數(shù)調(diào)用的，因此我 們可通過改變函數(shù)指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)執(zhí)行代碼的入口 地址來改變相對應(yīng)的處理操作。這就意味著用戶定義 自己特定的對未預(yù)見錯誤的處理方法（系統(tǒng)的缺省處 理操作將最終導(dǎo)致程序終止運(yùn)行）。實(shí)現(xiàn)自定義處理 方法設(shè)定是調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) set_unexpected() 完成的。,該函數(shù)的原型如下： typedef void (*unexpected_function)(); unexpected_function set_unexpected( unexpected_function unexp_func ); 該函數(shù)可以將一個自定義的處理函數(shù)地址 unexp_func 設(shè)置為 unexpected 的函數(shù)指針新值，并返回該指針的 當(dāng)前值，以便保存，并用于恢復(fù)原處理方法。,例9-2 展示了如何進(jìn)行函數(shù)的異常規(guī)格說明和使用系 統(tǒng)函數(shù) set_unexpected() 處理未預(yù)見錯誤。 程序分析： 異常類型通常是小規(guī)模的（如本例的 up、fit），但 有時也需要異常類型包含大量的錯誤信息，使得異 常處理器可以依據(jù)這些信息確定恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。 函數(shù) g() 有兩個定義版本： 版本1不拋出異常，使得在函數(shù) f() 中調(diào)用 g() 時 無異常拋出，這與 f() 的異常規(guī)格說明一致。 版本2有異常拋出，使得在函數(shù) f() 中調(diào)用 g() 時 有異常拋出，違反了 f() 的異常規(guī)格說明。, 處理未預(yù)見異常的自定義函數(shù) my_unexpected() 沒有 返回值，但卻可以拋出一個新異常（也可以拋出被 處理的未預(yù)見異常）或者直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) exit() 或 abort()。 使用 set_unexpected() 將 my_unexpected() 設(shè)置為系 統(tǒng)函數(shù) unexpected 的函數(shù)指針新值，并將返回的指 針當(dāng)前值保存在一個類型為 unexpected_function 的變 量中，以便恢復(fù) unexpected 的函數(shù)指針的原值。 為了使程序能對所有的潛在異常進(jìn)行檢測，將測試 塊 try 放入 for 循環(huán)中，這與前面講到的使用異常處 理器的恢復(fù)模式很相似。,9.4.4 捕獲所有的異常 如果函數(shù)定義時沒有異常規(guī)格說明，則在該函數(shù)被 調(diào)用時就有可能拋出任何類型的異常對象。為了解決 這個問題，應(yīng)該在異常處理器中增加一個能捕獲任意 類型的異常對象的處理分支。例如： catch() cout “an unkown exception was thrown endl; ,注意： 應(yīng)將能捕獲任意異常的處理分支放在異常處理器的 最后，避免遺漏對可預(yù)見異常的處理。 使用省略號 “” 做為 catch 的參數(shù)可以捕獲所有異 常，但無法知道所捕獲異常的類型。另外省略號不 能與其他異常類型同時作為 catch 的參數(shù)使用。,9.4.5 異常的重新拋出 如果運(yùn)行錯誤拋出的異常對象雖然被直接調(diào)用環(huán)境 中的異常處理器捕獲，但根據(jù)所獲得錯誤信息在當(dāng)前 運(yùn)行環(huán)境中無法對異常進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，則需要將所 捕獲的異常對象從當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境重新拋向高一層運(yùn) 行環(huán)境，使產(chǎn)生異常的錯誤能在高一層運(yùn)行環(huán)境中得 到恰當(dāng)?shù)奶幚砘驅(qū)惓ο罄^續(xù)重新拋出。注意，如 果在當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境中沒有捕獲運(yùn)行錯誤拋出的異常對 象，則重新拋出異常對象的操作是自動發(fā)生的。,實(shí)現(xiàn)重新拋出異常的方法是在捕獲異常對象的異常 處理器分支中使用不帶參數(shù)的 throw 語句。例如使用省 略號做參數(shù)捕獲任意類型異常對象時，由于無法得到 有關(guān)異常的信息而將異常對象重新拋出： catch() cout “an unkown exception was thrown“ endl; throw; 由于每個被拋出異常對象在未被處理之前是被保留 的，所以更高層次的運(yùn)行環(huán)境的處理器總可以獲得來 自這個異常對象的完整信息。,9.4.6 未捕獲的異常 如果測試塊 try 執(zhí)行過程中拋出的異常對象在當(dāng)前的 異常處理器沒有被捕獲，則異常對象將進(jìn)入更高一層 的運(yùn)行環(huán)境中。這種異常對象的拋出、捕獲、處理過 程按照運(yùn)行環(huán)境的調(diào)用關(guān)系逐層進(jìn)行，直到在某個層 次的運(yùn)行環(huán)境的異常處理器中捕獲并恰當(dāng)處理了異常 對象才停止，否則將一直進(jìn)行到調(diào)用系統(tǒng)的特定函數(shù) terminate() 終止程序的運(yùn)行。例如，在異常對象的創(chuàng)建 過程中、異常對象的被處理過程中或異常對象的析構(gòu) 過程中又拋出了新異常對象，就會產(chǎn)生所拋出的異常 對象不能被捕獲。,注意： 特殊函數(shù) terminate() 也是一個使用函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)調(diào) 用的函數(shù)，因此允許用戶定義自己特定的程序終止 函數(shù)。在 C 標(biāo)準(zhǔn)庫中，terminate() 的函數(shù)指針的缺 省值是指向系統(tǒng)函數(shù) abort() 的調(diào)用地址。abort() 的 功能是不調(diào)用正常的程序終止函數(shù)而直接從程序中 退出。 使用系統(tǒng)函數(shù) set_terminate 來設(shè)定用戶自定義的終 止函數(shù)作為 terminate() 函數(shù)的新執(zhí)行函數(shù)，取代該 函數(shù)的當(dāng)前執(zhí)行函數(shù)，并可以通過 set_terminate 的 返回值獲得 terminate() 的當(dāng)前執(zhí)行函數(shù)調(diào)用地址。, 用戶的自定義終止函數(shù)除了必須不含輸入?yún)?shù)，其 返回值必須為 void 外，不能拋出任何異常對象，但 可以調(diào)用一些程序終止函數(shù)，如 abort() 。 在實(shí)際應(yīng)用中，如果函數(shù) terminate() 被調(diào)用，就意味 著程序的運(yùn)行錯誤已經(jīng)無法被恢復(fù)。 例9-3 展示了異常對象的析構(gòu)過程中拋出異常對象將 導(dǎo)致程序終止函數(shù) terminate() 被調(diào)用。為了能觀 察到 terminate() 被調(diào)用的情況，定義了一個自定 義的終止函數(shù)，并使用 set_terminate 將其設(shè)定為 terminate() 的新執(zhí)行函數(shù)。,9.5 異常處理中對象的清除 異常處理是否有效的關(guān)鍵就在于：當(dāng)異常對象被拋 出，程序從正常流程轉(zhuǎn)入異常處理器的執(zhí)行流程時， 正常流程執(zhí)行環(huán)境中所創(chuàng)建的對象除異常對象外必須 被正確地清除。 C+ 的異常處理器可以保證程序流程離開一個運(yùn)行 環(huán)境的作用域時，該作用域中所有結(jié)構(gòu)完整的對象的 析構(gòu)函數(shù)將被調(diào)用，以確保清除這些對象。因此，如 何保證對象的完整創(chuàng)建就成為需要特別關(guān)注的問題。,例9-4 描述了由于在對象的創(chuàng)建過程中發(fā)生異常，使對 象不能被完整創(chuàng)建，導(dǎo)致異常對象拋出時這些不 完整的對象不能被清除。同時還展示了如果 unexpected() 函數(shù)執(zhí)行中再次拋出意外的異常對 象時將會產(chǎn)生什麼結(jié)果。 程序運(yùn)行結(jié)果被記錄在文本文件 cleanup.out 中，其內(nèi) 容如下： constructing noisy 0 name before array noisy:new constructing noisy 1 name array elem constructing noisy 2 name array elem constructing noisy 3 name array elem constructing noisy 4 name array elem,constructing noisy 5 name array elem destructing noisy 4 name array elem destructing noisy 3 name array elem destructing noisy 2 name array elem destructing noisy 1 name array elem noisy:delete destructing noisy 0 name before array caught 5 testing unexpected: constructing noisy 6 name before unexpected constructing noisy 7 name z destructing noisy 6 name before unexpected caught c 分析上述結(jié)果不難看出：, 構(gòu)造函數(shù)在兩種情況下會發(fā)生異常拋出。 第一種情況是當(dāng)?shù)谖鍌€對象被創(chuàng)建時，被拋出的異 常對象是一個整數(shù)，該異常類型在構(gòu)造函數(shù)的異常 規(guī)格說明中已經(jīng)聲明。 第二種情況是當(dāng)參數(shù)字符串的第一個字符為“z”時將 拋出一字符型異常，由于該異常類型在構(gòu)造函數(shù)的 異常規(guī)格說明中未聲明，所以導(dǎo)致 unexpected() 被 調(diào)用。注意，如果用 catch(char c) 或 catch() 替換 catch(int c)，則 unexpected() 將不會被調(diào)用。, 第一種情況的異常發(fā)生時，第 0，1，2，3，4 個對 象都已被完整創(chuàng)建，所以異常處理器將調(diào)用它們的 析構(gòu)函數(shù)清除它們。而第 5 個對象在創(chuàng)建中拋出了 異常對象，所以它沒有被完整創(chuàng)建，因此異常處理 器不能調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)清除它。 第二種情況的異常發(fā)生時，第 6 個對象都已被完整 創(chuàng)建，所以異常處理器將調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)清除 它。而第 7 個對象在創(chuàng)建中拋出了構(gòu)造函數(shù)的異常 規(guī)格說明中未聲明的異常，導(dǎo)致 unexpected() 被調(diào) 用，所以該對象沒有被完整創(chuàng)建，因此異常處理器 不能調(diào)用它的析構(gòu)函數(shù)清除它。, 異常發(fā)生時還沒有被創(chuàng)建的對象（第一種情況時的 對象 array5，array6 和 n2 以及第二種情況時的對 象 n5 ）均不再被創(chuàng)建。 對于類 noisy，運(yùn)算符 new 和 delete 均被重載。 函數(shù) unexpected_rethrow 可拋出所有類的異常，所以 該函數(shù)再次拋出與已知類型完全相同的異常。這樣 函數(shù) unexpected_rethrow 的作用就是接收任何未加說 明的異常對象，并作為已知異常對象再次拋出。通 過這種方法，該函數(shù)可作為濾波器用以跟蹤意外異 常的出現(xiàn)并獲取該異常對象的類型。,9.6 構(gòu)造函數(shù) 從上一章的討論可知，如果構(gòu)造函數(shù)中出現(xiàn)異常， 這將使得類對象不能被完整創(chuàng)建，從而導(dǎo)致類對象需 要撤消時析構(gòu)函數(shù)不能被正常調(diào)用，使類對象無法被 撤消。這意味著在編寫類的構(gòu)造函數(shù)時，必須十分慎 重地對待是否會有異常發(fā)生。另一方面，構(gòu)造函數(shù)進(jìn) 行存儲資源的動態(tài)分配是經(jīng)常發(fā)生的，而在存儲資源 的動態(tài)分配過程中可能有異常發(fā)生。如果用于動態(tài)分 配存儲資源的指針是未加保護(hù)的，則析構(gòu)函數(shù)將無法 收回這些存儲資源。,例9-5 描述了在對象構(gòu)造過程中出現(xiàn)異常引起的錯誤 運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生的文件 nudep.out 中保存了如下信息： useResources() bonk() bonk() bonk() allocating an og inside handler 分析結(jié)果不難看出：,類 useResources 的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行過程中，當(dāng)通過指針 屬性 bp 動態(tài)分配 bonk 類型數(shù)組空間時， bonk 類型的 構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用不會拋出異常對象。而當(dāng)通過指針屬 性 op 動態(tài)分配 og 類型對象時，則 og:operator new 的 執(zhí)行中會拋出一個異常對象。這就使得程序在異常處 理器中被意外地結(jié)束，而 useResources 的析構(gòu)函數(shù)未 能得到調(diào)用。這是因?yàn)楫惓０l(fā)生時，useResources 構(gòu)造 函數(shù)的全部工作沒未完成，使得 useResources 對象所 有的內(nèi)存空間，包括已經(jīng)被完整創(chuàng)建的 bonk 類型的數(shù) 組空間都不能被清除。,內(nèi)存動態(tài)分配操作的對象化： 為了防止上述情況的發(fā)生，應(yīng)避免對象通過本身的 構(gòu)造函數(shù)將 “不完整” 的資源分配到對象中。所謂對象 化方法是將每個分配操作變成了 “原子型” 的，像一個 類對象，只要是成功分配資源的 “原子型” 對象都能被 正確地清除。模板是實(shí)現(xiàn)內(nèi)存動態(tài)分配操作對象化的 一種好方法。 例9-6 展示了對例9-5 進(jìn)行內(nèi)存動態(tài)分配操作對象化 修改所產(chǎn)生的結(jié)果。 運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生的文件 wrapped.out 中保存了如下信息：,bonk() bonk() bonk() pwrap constructor allocating an og bonk() bonk() bonk() pwrap destructor inside handler,分析結(jié)果： 不同點(diǎn)是使用類模板 pwrap 封裝內(nèi)存資源的動態(tài)分 配操作，并使用 pwrap 實(shí)例定義 useResources 的對象 成員 Bonk 和 Og，替代原來的 bonk 類型指針 bp 和 og 類型指針 op。在 useResources 對象的構(gòu)造過程中，模 板 pwrap 的構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用，如果這些模板構(gòu)造函數(shù) 所進(jìn)行的內(nèi)存資源的動態(tài)分配操作完成之后發(fā)生了異 常，已分配內(nèi)存資源就能夠被模板析構(gòu)函數(shù)清除。因 此，對象成員 Og 創(chuàng)建時，存儲空間分配操作所發(fā)生的 異常不會影響為 Bonk 對象數(shù)組動態(tài)分配的內(nèi)存空間被 清除，沒有內(nèi)存泄漏。,9.7 異常對象的匹配 當(dāng)一個異常對象拋出時，異常處理器會根據(jù)被拋出 異常對象的類型順序匹配 “最近” 的異常處理分支。 異常對象的匹配并不要求被拋出的異常對象的類型 和異常處理分支的參數(shù)類型完全一致。如果一個被拋 出的異常對象的類型是某個類的派生類，則在異常處 理器中允許用一個使用基類為參數(shù)的異常處理分支與 其匹配。但需要注意的是：, 若處理器的參數(shù)是基類對象，而不是基類對象的引 用或指針，派生類異常對象在與異常處理器匹配的 過程中將會被 “切片”，被 “切片” 的異常對象雖然不 會受到破壞，但會丟失所有派生類型的新增特征。 系統(tǒng)預(yù)定義類型的異常對象在匹配過程中，可以發(fā) 生類型的隱含轉(zhuǎn)換，而自定義類型的異常對象在匹 配過程中，不會發(fā)生類型的隱含轉(zhuǎn)換。 例9-7 描述了在自定義類型的異常對象匹配過程中不 會自動執(zhí)行類型的轉(zhuǎn)換。,分析結(jié)果： 盡管我們已經(jīng)通過類 except2 的構(gòu)造函數(shù)提供了將類 except1 對象隱含轉(zhuǎn)換為 except2 對象的功能，但是當(dāng) except1 對象作為異常對象被拋出后，在與異常處理器 的第一個異常處理分支匹配過程時，不會被隱含轉(zhuǎn)換 為 except2 對象。 例9-8 描述了在異常處理器中如何使用基類參數(shù)捕獲 派生類的異常對象。,分析結(jié)果： 第一個異常處理分支總能匹配一個 trouble 對象或從 trouble 派生的類對象； 由于第一個異常處理分支捕獲了能與第二和第三個 異常處理分支的所有異常對象，導(dǎo)致第二和第三個 異常處理分支永遠(yuǎn)不會被調(diào)用。 異常處理器中的異常對象匹配順序應(yīng)該先匹配派生 類異常，而把基類異常的匹配放在最后更有意義； 由于派生類 small 和 big 的對象比基類 trouble 的對象 大，因此在第一個異常處理分支中它們將被 “切片” 以適應(yīng)異常對象匹配的需要。避免這種信息的剪裁 應(yīng)該使用基類的引用或指針作為匹配參數(shù)。,9.8 標(biāo)準(zhǔn)異常 在 C+ 標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了一批標(biāo)準(zhǔn)異常類，為用戶在 編程中直接使用和作為派生異常類的基類。下面的三 張表描述了這些標(biāo)準(zhǔn)異常類：,其中異?；?exception 的定義如下： class _CRTIMP exception public: exception(); exception(const _exString 它的派生類，以 logic_error 為例，其定義如下：,class _CRTIMP logic_error : public exception public: explicit logic_error(const string,9.9 含有異常的程序設(shè)計(jì) 在本章中將論述使用異常處理機(jī)制和方法進(jìn)行程序 設(shè)計(jì)的一些常用原則。 9.9.1 何時避免使用異常處理 異常處理并不是解決所有運(yùn)行錯誤的的最佳方法。 下面是各種不適合使用異常處理的情況： 1 異步事件 標(biāo)準(zhǔn) C 的信號系統(tǒng) signal 以及其他類似的控制系統(tǒng) 產(chǎn)生的異步事件。 異步事件發(fā)生在程序控制的范圍以外，它必須有 完全獨(dú)立的代碼來處理，而不是程序流的一部 分，它的發(fā)生是程序所不能預(yù)計(jì)的。, 異常的發(fā)生和異常的處理處于相同的運(yùn)行環(huán)境 中，即異常被限制在一定范圍內(nèi)。 在一些定義明確的程序點(diǎn)上，一個異常可以以基 于中斷的方式拋出。 2 普通錯誤情況 如果一個錯誤發(fā)生時有足夠的信息去處理它，這個 錯誤就應(yīng)引起一個異常。此時應(yīng)該關(guān)心當(dāng)前運(yùn)行環(huán) 境，而不應(yīng)該創(chuàng)建一個描述錯誤的異常對象，并將 它拋出當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境。例如，不應(yīng)當(dāng)為機(jī)器層的 事件（如 “除零溢出”）拋出異常，這些異常可由其 他機(jī)制（如操作系統(tǒng)或硬件）去處理。,3 流控制 雖然異常和處理看上去有點(diǎn)像一個交替返回機(jī)制， 也有點(diǎn)像一個 switch 語句段，但我們不能用這種機(jī) 制去控制程序流，而改變了使用該機(jī)制的初衷。 4 不強(qiáng)迫使用異常 一些程序相當(dāng)簡單，例如一些應(yīng)用程序可能僅僅需 要獲取輸入和執(zhí)行一些加工。如果在這類程序中試 圖分配存儲或使用文件操作等，則可以使用 assert() 顯示出錯信息，使用 abort() 終止程序。而刻意使用 異常處理方法進(jìn)行異常對象的創(chuàng)建、拋出、捕獲來 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源修復(fù)，則是不明智的。 從根本上說，假如不需要使用異常，就不要使用。,9.9.2 異常處理的典型使用 使用異常處理的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在： 便于將問題固定下來和重新測試調(diào)用這個導(dǎo)致異常 的函數(shù)。 便于修正由異常對象指示的錯誤，而后繼續(xù)運(yùn)行。 便于計(jì)算一些選擇結(jié)果用于代替函數(shù)假定產(chǎn)生的結(jié) 果。 便于在當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境中盡其所能解決運(yùn)行錯誤，并 且便于將不能解決的錯誤拋出的異常對象拋向更高 一層的運(yùn)行環(huán)境。, 便于根據(jù)不能解決的錯誤拋出的異常對象，創(chuàng)建一 個新的相關(guān)的異常對象，并拋向更高一層的運(yùn)行環(huán) 境。 便于終止程序運(yùn)行。 便于包裝使用普通錯誤處理函數(shù)（尤其是 C 的庫函 數(shù)），以便產(chǎn)生異常處理替代。 便于簡化出錯處理。 便于更安全地使用庫和程序。,在程序設(shè)計(jì)中使用異常處理機(jī)制應(yīng)該注意： 1 在函數(shù)聲明中使用異常規(guī)格說明 函數(shù)原型聲明中的異常規(guī)格說明是用戶如何使用 異常處理機(jī)制編寫函數(shù)調(diào)用，處理函數(shù)可能發(fā)生 的運(yùn)行錯誤的程序代碼和編譯器編譯這些代碼的 依據(jù)。 當(dāng)函數(shù)運(yùn)行期間，由于不同的原因拋出了函數(shù)的 異常規(guī)格說明沒有聲明的異常類型對象，則會導(dǎo) 致對 unexpected() 的調(diào)用。因此，在使用異常規(guī)格 說明函數(shù)可能拋出的異常對象類型的同時，一般 也應(yīng)定義用戶定制的 unexpected() 函數(shù)執(zhí)行代碼。,2 基于標(biāo)準(zhǔn)異常類 C+ 的標(biāo)準(zhǔn)異常類應(yīng)該成為用戶在編寫函數(shù)的異 常規(guī)格說明時的首選異常類型。 假若 C+ 的標(biāo)準(zhǔn)異常類不能滿足用戶編程需要， 則應(yīng)該盡量從某個已存在的標(biāo)準(zhǔn)異常類派生定義 用戶自己的異常形成。特別是使用 exception 作為 用戶派生異常類的基類，重新定義該類的虛成員 函數(shù) what() ，這會使用戶受益匪淺。,3 套裝我們自己的異常 如果為我們的特定類創(chuàng)建異常，在類中套裝異常類 是一個好主意，這些異常類僅為我們的特定類使用。還可以防止命名域的混亂。 4 使用異常層次 異常層次為不同類型的重要錯誤分類提供了一個有 價值的方法，這些錯誤可能會與我們的類或庫沖 突。異常層次可為用戶提供有幫助的信息，幫助用 戶組織自己的代碼，選擇是忽略所有異常特定類型 還是正確地捕獲基類類型。異常層次使得任何異常 可通過對相同基類的繼承而追加，以基類為參數(shù)的 異常處理器將捕獲新的異常。C+ 的標(biāo)準(zhǔn)異常類是 一個異常層次的優(yōu)秀范例。,5 多重繼承 當(dāng)需要把一個指向?qū)ο蟮闹羔樝蛏嫌成涞絻蓚€不同 的基類，實(shí)現(xiàn)兩個基類的多態(tài)行為時，使用多重繼 承將是十分有效的。多重繼承對于異常層次也是非常有用的，因?yàn)橐远嘀乩^承異常的任一個基類為參 數(shù)的異常處理器都可以處理多重繼承異常。 6 用異常 “引用” 而非異常 “值” 去捕獲 如果拋出一個派生類對象而且該對象被基類的異常 處理器通過 “值” 捕獲到，對象會被 “切片”，也就是 說，隨著向基類對象的傳遞，派生類元素會被依次 割下，直到傳遞完成。,例9-9 展示了使用 “引用” 將一個異常的派生類對象傳 遞給基類處理器時不被 “切片” 的實(shí)例。 當(dāng)派生類 derived 對象通過 “值” 被捕獲時，被 “切 片” 成基類 base 對象，表現(xiàn)出 base 對象的行為。 當(dāng)派生類 derived 對象的 “引用” 被捕獲時，對象 不會被 “切片”，表現(xiàn)出派生類的真實(shí)情況。 雖然也可以拋出和捕獲指針，但這樣做會引入更 多的耦合 拋出和捕獲器必須為怎樣分配和清 除異常對象達(dá)成一致，這將是一個問題，因?yàn)樾?的異常又可能會由于堆的耗盡而產(chǎn)生。,7 在構(gòu)造函數(shù)中拋出異常 由于構(gòu)造函數(shù)沒有返回值，如果沒有異常機(jī)制，只能按以下兩種選擇報告在構(gòu)造期間的錯誤： 設(shè)置一個非局部的標(biāo)志并希望用戶檢查它。 希望用戶檢查對象是否被完全創(chuàng)建。 這是一個嚴(yán)重的問題，因?yàn)樵?C+ 程序中，對象構(gòu) 造失敗后繼續(xù)執(zhí)行注定是災(zāi)難。所以構(gòu)造函數(shù)成為 拋出異常最重要的用途之一。使用異常機(jī)制是處理 構(gòu)造函數(shù)錯誤的安全有效的方法。然而我們還必須 把注意力集中在對象內(nèi)部的指針上和構(gòu)造函數(shù)異常 拋出時的清除方法上。,8 不要在析構(gòu)函數(shù)中拋出異常 由于析構(gòu)函數(shù)會在拋出異常時被調(diào)用，所以永遠(yuǎn)不 要在析構(gòu)函數(shù)中拋出一個異?；蛘咄ㄟ^執(zhí)行在析構(gòu) 函數(shù)中的動作導(dǎo)致其他異常的拋出。否則就意味著 在已存在的異常到達(dá)引起捕獲之前又拋出一個新的 異常，這會導(dǎo)致對 terminate() 的調(diào)用。換句話說，假 若調(diào)用一個析構(gòu)函數(shù)中的任何函數(shù)都有可能會拋出 異常，則這些調(diào)用應(yīng)該寫在析構(gòu)函數(shù)中的一個測試 塊 try 中，而且析構(gòu)函數(shù)必須自己處理所有自身的異 常，即這里的異常都不應(yīng)逃離析構(gòu)函數(shù)內(nèi)部。,9.10 開銷 使用任何一個新特性必然有所開銷。異常被拋出需 要開銷相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行時間，這就是不要把異常處理用于 程序流控制的一部分原因。 相對于程序的正常執(zhí)行，異常是偶而發(fā)生的。因此 設(shè)計(jì)異常處理的重要目標(biāo)之一是：當(dāng)異常沒有發(fā)生 時，異常處理代碼應(yīng)不影響運(yùn)行速度。換句話說，只 要不拋出異常，代