第十五章C++之異常處理

1、第十五章異常Chapter 15 Exception異常是一種程序控制機制，與函數(shù)機制獨立和互補函數(shù)是一種以棧結(jié)構(gòu)展開的上下函數(shù)銜接的程序控制系統(tǒng)，異 常是另一種控制結(jié)構(gòu)，它依附于棧結(jié)構(gòu)，卻可以同時設置多個異 常類型作為網(wǎng)捕條件，從而以類型匹配在棧機制中跳躍回饋.異常設計目的：棧機制是一種高度節(jié)律性控制機制，面向?qū)ο缶幊虆s要求對象 之間有方向、有目的的控制傳動，從一開始，異常就是沖著改 變程序控制結(jié)構(gòu)，以適應面向?qū)ο蟪绦蚋行У毓ぷ鬟@個主題, 而不是僅為了進行錯誤處理。異常設計出來之后，卻發(fā)現(xiàn)在錯誤處理方面獲得了最大的好處1. 錯誤處理的復雜性(Eiror Processing ComDlex

2、ity)2. 使用異常(Using Exception)3. 捕捉異常(Catching Exception)4. 異常申述(Exception Description)5. 異常繼承體系(ExceDtion Inheritance System)6. 異常應用(Exception Applications)7. 非錯誤處理(Non-Eiror Processing):c+語言是按函數(shù)調(diào)用機制展開程序執(zhí)行的, 般對處理錯誤的編程有下列常規(guī)手段：:.遇到錯誤，立即終止程序運行。如打不開文件, 或者讀不到所要求的數(shù)據(jù)，則只能終止運行：f1501.cpp #include<fstream>

3、;心 #include<iostream> #include<cmath> using namespace std; void fn()< ifstream in("abc.txt"); if(!in)cout«HError: open file failureAn" exit(1); for(int a; in»a; cout«sqrt(a*1.0)«"n") if(a<0) cout«nError: read in illegle data.nH; exi

4、t(1);/ int main()fn(); 2 .返回一個表示錯誤的值給上層函數(shù)最常見的是邏輯值返回函數(shù)，如判斷是否素數(shù)， 判斷是否字母等，對于不同要求的程序來說，很 難說一定是錯誤的。除此外，函數(shù)返回類型是一定的，所以若有些值 是錯誤的，有些值是對的，必須預先規(guī)定一個范 圍，讓調(diào)用者去判斷。應該讓主體函數(shù)去處理問 題。:3.返回一個合法值，但通過全局溝通手段，設置 錯誤狀態(tài)。-這種方式是為了遠距離傳輸錯誤信息而采用的一種以 破壞程序結(jié)構(gòu)為代價的編程手法。如在C中，設置一個全局變量errno,專門存放錯誤代碼，調(diào)用一個庫函數(shù) 后，為了確認其運行的正確性，便可以通過errno查訪 實現(xiàn)。Vis

5、ual C+ Program Design:4.調(diào)用預先準備好的錯誤處理函數(shù)，讓它決定是 停止運行還是繼續(xù)往下。Visual C+ Program Design可以將程序運行看作是諸多模塊的工作及相互往來 一個模塊發(fā)生的錯誤，需要借助于另一個模塊進行修復每個模塊包含一個層層調(diào)用的函數(shù)體系發(fā)生錯誤后，如果層層函數(shù)返回，則不但動作緩慢，而且 錯誤信息丟失，失去處理的針對性發(fā)生錯誤，說明模塊服務失敗，需要在主體模塊中找說法, 給予必要的處理.不同的系統(tǒng)，其主體模塊是不同的，決定了 “說法”也是 不同的.如圖：Visual C+ Program Design:函數(shù)是棧式管理的，從一個被調(diào)用的函數(shù)現(xiàn)場要

6、 把信息傳遞到相隔若干調(diào)用的主調(diào)函數(shù)，需要逐 層退棧，一邊退棧，一邊通過函數(shù)返回值回饋，而且，每個函數(shù)都需要相應的接受判斷以及接力 傳遞的工作。如有一個簡單的系列文件處理程序, 假定文件在打開前，要經(jīng)歷文件名確定和打開方 式確定的工作，如圖15-2：Visual C+ Program Design圖15-2鏈式調(diào)用與出錯后跳躍返回Visual C+ Program Designf1502.cpp #include<fstream> #include<iostream> using namespace std; void procFileName(string s); b

7、ool procOpenMode(string s); bool openln(string s); bool openOut(string s); int main()A procFileName("iabcn); procFileName("oabcn);： void procFileName(string s) for(char c='O： cv=9; c+) string t = s + c + ".txt" if(!procOpenMode(t) coutvv”error opening “vvtvvW;心叫嗣心+卩啞窗呃映 bool

8、procOpenMode(strings) if(sO=T&&openln(s) | s0=o,&& openOut(s) return true; return false; bool openln(string s) ifstream in(s.c_str(); if(!in) return false; for(string line; getline(in, line); cout«line«Hnn); return true; bool openOut(string s)A fstream out(s.c_str(), ios:in

9、|ios:out|ios:ate); if(!out) return false;A cout«s+n is here.nn; outvvs+”isokrT; return true;0Visual C+ Program Design:異常是專門針對抽象編程中的一系列錯誤處理的, C+中不能借助函數(shù)機制，因為棧結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是 先進后出，依次訪問，無法進行跳躍，但錯誤處 理的特征卻是遇到錯誤信息就想要轉(zhuǎn)到若干級之 上進行重新嘗試，如圖：Visual C+ Program Design:錯誤處理示意:Visual C+ Program Design:異常超脫于函數(shù)機制,回跳。決定了其對函數(shù)

10、的跨越式Visual C+ Program Design15.2.1異常使用三部曲Visual C+ Program DesignVisual C+ Program Design 1 框定異常（try語句塊）在祖先函數(shù)處，框定可能產(chǎn)生錯誤的語句序列，它是異常的根據(jù), 若不框定異常，則沒有異常。 2定義異常處理（catch語句塊）將岀現(xiàn)異常后的處理過程放在catch塊中，以便當異常被拋出, 因類型匹配而捕捉時，就處理之。 3 拋擲異常（throw語句）在可能產(chǎn)生異常的語句中進行錯誤檢測，有錯就拋擲異常Visual C+ Program Design異常處理的實現(xiàn)機顒:拋擲異常的程序段void F

11、un （）:捕獲并處理異常的程序段 try 復合語句throw 表達式;catch （異常類型聲明）復合語句catch （類型（形參）復合語句程序運行結(jié)果如下：5/2=2except of deviding zero, that is ok-丄 V"甲 r 椚FBIM12-1處理除零異常itinclude<iostrearn. h>int Div(int x, int y); int main() try cout«"5/2二"<XDiv(5, 2)«endl; cout"8/0="«Div(&a

12、mp; 0) «endl; cout«7/l=«Div(7,1) «endl;catch(int) cout"except of deviding zero rT; , ”cout«>rthat is ok n"int Div(int x, int y) if(y=0) throw y; return x/y;:前兩個步驟是一個函數(shù)中定義的，而拋擲異常則 可以跨函數(shù)使用。:當直接在try語句塊中使用時，異常處理退化為一 般的錯誤處理模式。:在try語句塊中，會有一些語句調(diào)用了其他函數(shù)， 它們之間則構(gòu)成一個調(diào)用鏈，在調(diào)用

13、鏈中的某一 個結(jié)點上，如果岀現(xiàn)拋擲語句，則便是一般意義 上的異常了。調(diào)用者異常處理的基本思想函數(shù)f()捕獲并處理異常調(diào)用關系 異常傳播方向函數(shù)g()函數(shù)h() 引發(fā)異常Visual C+ PrognmsDesign:1若有異常則通過throw操作創(chuàng)建一個異常對象并拋擲。 2將可能拋出異常的程序段嵌在try塊之中。控制通過正常 的順序執(zhí)行到達try語句，然后執(zhí)行try塊內(nèi)的保護段。:3如果在保護段執(zhí)行期間沒有引起異常，那么跟在tty塊后 的catch子句就不執(zhí)行。程序從try塊后跟隨的最后一個 catch子句后面的語句繼續(xù)執(zhí)行下去。:4 catch子句按其在try塊后出現(xiàn)的順序被檢查。匹配的ca

14、tch子句將捕獲并處理異常（或繼續(xù)拋擲異常）o:5如果匹配的處理器未找到，則運行函數(shù)terminate將被自 動調(diào)用，其缺省功能是調(diào)用abort終止程序。Visual C+ Progr:wi>Designi nrri異常接口聲明Visual C+ PrograahJDesignVisual C+ PrograahJDesign:可以在函數(shù)的聲明中列出這個函數(shù)可能拋 擲的所有異常類型。例如：void fun () throw (A, B, C, D);:若無異常接口聲明，則此函數(shù)可以拋擲任 何類型的異常。:不拋擲任何類型異常的函數(shù)聲明如下：void fun () throw ();Visu

15、al C+ PrograahJDesign異常處理中的構(gòu)造與Visual C+ Progra尹尹esignVisual C+ Progra尹尹esign找到一個匹配的catch異常處理后初始化參數(shù)。將從對應的try塊開始到異常被拋擲處之 間構(gòu)造（且尚未析構(gòu)）的所有自動對象 進行析構(gòu)。從最后一個catch處理之后開始恢復執(zhí)行Visual C+ Progra尹尹esignVisual C+ Progra尹尹esignVisual C+ Progra尹尹esign例122異常處理研的析27class Demo public:Demo ();Demo ();Demo : :Demo ()cout<

16、;<，z構(gòu)造 Demo.，z«endl: Demo : : Demo ()cout<<，z析構(gòu) Demo.，z«endl;#include <iostreamh>void MyFunc ( void );class Expt public:Expt () ;"Expt () ;const char *ShowReasonO const return，zExpt類異常?！?；void MyFunc () Demo D;cout«在MyFunc ()屮拋擲Expt類異 常。，z<<endl;throw Expt ();

17、int main() cout<<，z在main函數(shù)屮。<<endl;try cout«z，在try塊中,調(diào)用MyFunc () o ，z <<endl; MyFunc ();catch( Expt E ) cout<<，z在catch界常處理程序中?！癳ndl; cout«/，捕獲到Expt類型異常："； cout<<E ShowReasonO«endl;catch( char *str ) cout<<，z捕獲到丿他的異，z«str«endl;cout

18、1;"回到main函數(shù)。從這里恢復執(zhí)行。 <<endl;return 0;27g；E:cou2005. 9testConsD.-Inix在ma|在嚴烏塊中，調(diào)用MifFuncOo購造Beno.庭flyFunc： 中拋擲Expt類異常。1 t fl* |fee ate h異常處理程序中o來弁©焉：ExM類異常。 衣里恢復執(zhí)行。Deno 捕獲到Egt類型 回到main函數(shù)。UNISPIM5.E：comm2005. 9t程序運行時輸岀：在main函數(shù)中。在try塊中，調(diào)用MyFunc()o構(gòu)造Demo.在M yFunc()中拋擲Expt類異常。 析構(gòu)Demo.在cat

19、ch異常處理程序中。 捕獲到Expt類型異常：Expt類異常。 回到main函數(shù)。從這里恢復執(zhí)行。:如下面的程序是退化為普通錯誤處理的異常方式:Visual C+ Program Design28f1503.cpp #include<fstream>心 #include<iostream> using namespace std;A int main(int argc, char* argv) ifstream in(argv1); try if(!in) throw string(argv1); catch(string s) cout«s+n File O

20、pening ErrorAn'1; return 1; for(string s; getline(in5 s); cout«s«endl);Visual C+ Program Design:在這種簡單應用的場合，沒必要使用異常，可以 用下列代碼替代：if(!in) cout«(,Error Opening File”vvargv1vv“n”； retur n 1; for(string s; getline(in5 s); cout«s«endl);:在f1502.cpp中，是在出現(xiàn)錯誤時，從出現(xiàn)錯誤處 到處理錯誤處，沿著函數(shù)調(diào)用的足

21、跡，一步步往 上返回，幾經(jīng)周折后，岀錯信息早已丟失，剩下 的只有岀錯狀態(tài)，程序f1504.cpp改寫為異常處理 方式處理，就可以實現(xiàn)跨函數(shù)的大跳轉(zhuǎn)了： #include<fstream> #include<iostream> using namespace std; void procFileName(string s);： void procOpenMode(string s); voidopenln(stri ngs); void openOut(string s); int main()A procFileName("iabcn); procFileNa

22、me("oabcn); void procFileName(string s)A try for(char c=*0' cv=9; C+) procOpenMode(s + c+”txt”); catch(string s) cout«nerror opening H«s«H not existed.n"Visual C+ Program Design void procOpenMode(string s) if(sO=T) openln(s); else openOut(s); void openln(string s) ifstre

23、am in(s.c_str(); if(!in) throw s+" inFile"A for(string line; getline(in3 line); cout«line«HrT); void openOut(string s) fstream out(s.c_str()5ios:in|ios:out|ios:ate); if(!out) throw s+string(" outFile")； out«s+n outFile is ok.nH;cout«s+H is here.'rT;Visual

24、C+ Program Design try語句中，涉及到類的，本質(zhì)上都是函數(shù)調(diào)用。 throw A():異常機制與函數(shù)機制正交(互不干涉)，但捕捉 的方式是基于類型匹配。捕捉相當于函數(shù)返回類 型的匹配，而不是函數(shù)參數(shù)的匹配，所以捕捉不 用考慮一個拋擲中的多種數(shù)據(jù)類型匹配問題，如: #include<iostream>： using namespace std; class A; class B; int main() try int j=0; double d=2.3; char str20=HHelloH;A cout«nPlease input a exception

25、 number: ”； int a; cin»a; switch(a)A case 1: throw d; case 2: throw j; case 3: throw str; case 4: throw A(); case 5: throw B();default: cout«HNo throws hereAn" Visual C+ Program Design catch(int) cout«nint excepti on.'rT; catch(double) cout«ndouble exceptionAn" catc

26、h(char*) cout«Hchar* exception.nH; catch(A)A cout«Hclass A exception.n" catch(B)A cout«Hclass B exception.n" cout«nThafs ok.nn;Visual C+ Program Design catch代碼塊必須岀現(xiàn)在try后，并且在try塊后可 以岀現(xiàn)多個catch代碼塊，以捕捉各種不同類型的 拋擲。:異常機制是基于這樣的原理：程序運行實質(zhì)上是 數(shù)據(jù)實體在做一些操作，因此發(fā)生異常現(xiàn)象的地 方，一定是某個實體岀了差錯，該實體

27、所對應的 數(shù)據(jù)類型便作為拋擲和捕捉的依據(jù)。:拋擲的實體已經(jīng)存在，不需要通過類型轉(zhuǎn)換來創(chuàng) 建一個臨時實體，實參與形參也不能用相容類型 提升這一規(guī)則。另一方面，捕捉處理并不一定需 要實參傳遞。Visual C+ Program Design異常捕捉的類型匹配之苛刻程度可以和模板的類型匹配媲 美，它不允許相容類型的隱式轉(zhuǎn)換，比如，拋擲char類型用int 型就捕捉不到.例如下列代碼不會輸出“int exception二 從而也不會輸出“Thafsok.”因為出現(xiàn)異常后提示退出 int main () trythrow "H ； catch (int) coutint exceptionn；

28、cout<</That，s ok. n；licrosoft Tisual C+irnhandled exception in testCons. exe (KEKNEL32.DLL)： OxE06II7363: Microsoft Exception.:程序中可以設置一道道捕捉的關卡，如果拋擲的 異常，循著調(diào)用鏈往上，在最近的捕捉關卡未被 捉住，則還會被更上端的捕捉關卡追捕，直逼到 系統(tǒng)的最后一道防線，terminate.:異常拋擲后總是沿著函數(shù)調(diào)用鏈往上，直到被某 個函數(shù)捉住，因此，異常拋擲、捕捉以及處理都 依附于函數(shù)，函數(shù)承載著異常。:上下游函數(shù)的聯(lián)系，可以通過異常申述來獲得，

29、 異常申述就是在函數(shù)聲明和函數(shù)定義的頭部加上 可能拋擲的異常集合，女口：Visual C+ Program Design異常申述示例 void f() throw(A5B); void g(); void h() throw();:說明f函數(shù)可能會拋擲出A和B類的異常，g函數(shù)內(nèi) 可能會拋擲岀任何類型的異常，h函數(shù)內(nèi)不會拋擲 岀任何異常。:如果h函數(shù)拋岀異?；蛘遞函數(shù)拋擲出非A或非B類 的異常，這是沒有預料到的，稱其為未料到異常。:異常申述是一種對設計的描述，從而給程序員一 個編程的參照，所以應作為界面，而放在函數(shù)聲 明中，并通過頭文件的形式，擴散到程序員那里。:其次，要使用異常申述，函數(shù)聲明和

30、函數(shù)定義中 的異常申述必須保持一致，否則無法一一對應。Visual C+ Program Design沒有申述的函數(shù)，默認為任何拋擲都可穿透該函數(shù)聲明：class A;class B;void fl()throw(A,B); void f2();void f3()throw();對于函數(shù)g中的調(diào)用，可能 捕捉到函數(shù)fl的A和 函數(shù)的E異常拋擲,注：同一個函數(shù)，其聲明與 定義中的申述應一致class A; class B;void f1()throw(Af B) if ( ) throw A ();void f2()if ( . . .) throw B ();void f3()throw()i

31、f ( . . .) throw A ();void g() try fl()； f2()； f3()；catch(A)cout<<vxexception in An； catch(B)cout<<vexception in Bn；Visual C+ Program Design:如果代碼中沒有徹底捕捉的異常處理，則對于拋 擲的異常，有可能發(fā)生捕捉不住的情況。如向量 的下標溢出時，系統(tǒng)會拋擲一個runtime_error# 常，但許多程序都不屑一捕，因為程序報調(diào)通了, 邏輯可靠，不會岀現(xiàn)下標溢岀的錯誤了。這類異 常只能被系統(tǒng)默認的“強制捕捉器” terminate:捕捉

32、了。Terminate是系統(tǒng)資源，默認操作是系 統(tǒng)的abort函數(shù)，從而無條件地終止程序的執(zhí)行。:另外，未料到異常，如果不去理它，被系統(tǒng)截獲 后會轉(zhuǎn)而執(zhí)行unexpected函數(shù)，而unexpected函 數(shù)的默認行為是執(zhí)行terminate函數(shù)。女口：Visual C+ Program Design拋擲而無布網(wǎng)捕捉的異常將直逼系統(tǒng)的最后一道防捉不住處理:void f()if(. . . ) throw A;void g()tryf 0；catch(B)cout«NXexception Bn,z;int main()g();throw A將穿透函數(shù)f, g和main,抵達系統(tǒng)的最后一

33、道防線一激發(fā) terminate函數(shù).該函數(shù)調(diào)用引起運行終止的abort函數(shù).最后一道防線的函數(shù)可以由程序員設置.從而規(guī)定其終止前的行為.Visual C+ Program Design可以通過set_term inate函數(shù)修改捕捉不住異常的 默認處理器，從而使得發(fā)生捉不住異常時，被自 定義函數(shù)處理：void myTerminate()cout«uHerelsMyTerminaterT; set_terrninate(myTerminate);set_terminate函數(shù)在頭文件exception中聲明，參 數(shù)務函數(shù)指針void(*)().0Visual C+ Program D

34、esign1 一 licrosoft Visual C c; . YC98Include.EB. H|AII global members | #main讒 | 險臉 |TestABC1 二|Whi32 DebugJ H £! B « 伊怎3 2國鷗駁o <3 A / 2閔隰CRT INP terminate function cdecl set termiitaie曙I Workspace TEStAB( 白.自臼 Source Files J) StdAfx.c卩卩 gjTestABCl.c -S Header Files Bl StdAfx.h 口 Resour

35、ce Files 司 ReadMe.txtfldefine Uendif ttendiftypedef typedef typedef typedefnifndef struct typedef ItendifCRT IHP 【CRT IMP #elseCRT IMP 【CRT IHP 4tendifCRT IMP 【CRT IMP Sifndef _CRTIMP ttendifCRTAPI1uoid (_cdecl uoid (_cdecl uoid (_cdecl uoid (_cdeclerminatefunction)(); *unexpected_function)(); *term

36、inate_handler)(); *unexpected_handler)();_MACEXCEPTION POINTERS；uoid (_cdecl *_se_translator_Function)(unsigned int, struct _EXCEPTION_POINTERS*);_M$C_UER >= 1280_decl5pec(noreturn) uoid _cdecl terminate(u&id> _decl5pec(noreturn) uoid _cdecl un&xp&cted(void);uoid _cdecl terminate(u

37、oid); uoid _cdecl unexpected(uoid);t er mi nate_F unction _cdecltern)inate_Function);unexpected_Function _cdecl set_unexpected(unexpected_Function);MACse translator function cdecl set se translator se translator Function).set terninate: Class罵 FileViSearching for S1827BCannot find the string S1827B.

38、Ej File Edit View Insert BounisChecker Project Build To61s TrueTime TrueCoverage Window Help(4 E 0 fe m U口 園冑硒1027| | Build Debug Find in Files 1 / Find in Files 2 Results | 4 |圄英丿:構(gòu)造函數(shù)正象一個封閉的模塊，輸岀狀態(tài)是一個 新創(chuàng)對象.任何創(chuàng)建過程中的錯誤（例如，動態(tài) 內(nèi)存申請失敗等）都會導致模板的出乎意料.這 時候的狀態(tài)是不能接續(xù)后繼操作的，女口：捆綁對 象的操作因為沒有對象而招致失敗.如果敢于正 常返回，則又招致

39、荒謬的結(jié)果.女口：class Dateint yearmonthF day;void init (int y f int mf int d) if(y<l|m<l|m>12|d<l|d>31) return; /?publie:Date (int y=2 000 f int m=l, int d=l) :year(y) r month(m) r day(d)init ();void print() cout<<year<<''-,<<month<<''-/,<<dAy

40、71;''n；int main()Date ad(2000 f13 r1);ad.print () ;/ 荒謬：月份為13class Dateint year, month, day;void init(int yf int int d) if(y<l|m<l|m>12|d<l|d>31) throw out of range;public:Date(int y=2000 z int m=l, int d=l) :year(y)z month(m) f day(d) init();void print()cout<<yeAr<&l

41、t;''-<<month<<''- «day«unz,;void f()Date(2000,13,1);ad.print();int main()tryf 0 ；/其他操作catch(out_of_rAnge) cout«u對象創(chuàng)建失敗，改換門庭”;異常操作應該恢復到對類對象進行創(chuàng)建和使用以前的狀態(tài).Visual C+ Program Design:構(gòu)造函數(shù)沒有返回類型，無法通過返回值來報告 運行狀態(tài)，所以只通過一種非函數(shù)機制的途徑， 即異常機制，來解決構(gòu)造函數(shù)的岀錯問題。Visual C+ Program

42、Design:多重循環(huán)控制中，當某個條件滿足時，需要立刻 退岀所有循環(huán)體時，一般用goto語句反而比較現(xiàn) 實.否則一重一重地退，編程復雜，性能也連 累這是在一個函數(shù)中時的做法:在一個循環(huán)中，遇到一個，當某個條件滿足時， 需要立刻退岀函數(shù)函數(shù)調(diào)用鏈調(diào)用鏈所在的循環(huán) 時，就不能用goto語句，因為不在同一個函數(shù) 中.此時，程序員渴望函數(shù)能奇跡般地跳躍.用 異?？刂平Y(jié)構(gòu)便能滿足編程要求.如圖：Visual C+ Program Designc圖156另一種控制結(jié)構(gòu)Visual C+ Program Design:不能說異常發(fā)生一定是一種錯誤，它已經(jīng)成為了 一種有效的控制手段。:異常并非一定是針對錯誤

43、時刻處理。Visual C+ Program Design遞歸函數(shù)本身就是一個深不可測的調(diào)用鏈, 要立刻從調(diào)用鏈中徹底退岀，若走函數(shù)控 制這條線，那么，必須逐個進行函數(shù)返 回.而異?？刂瓶梢詫崿F(xiàn)瞬間跳躍.如求解” n皇后問題”，代碼如下： #include<iostream> #include<vector> #include<fstream> usin g namespace std; typedef vector<vector<int> > Mat; void queen(int r, int c, Mat); void prin

44、t(const Mat &m); int main() ifstream in (nque en .in'*); for(int n; in»n;) try Mat m(n, vector<int>(n,0); for(i nt i=0; i<n; +i) quee n(0,i,m); cout«HNoSolutionsnnH;catch(Mat & m) print(m);Visual C+ Program Design void queen(int r, int c, Mat m) mrc = 2; for(int k=1; k<m.size()-r; +k) mr+kc=1; if(c-k>=0) mr+kc-k=1; if(c+k<m.