C++的标准程序库异常处理

落日映苍穹つ 2021-12-23 11:05 282阅读 0赞

C++标准提供了一组标准异常类，这些类以基类`Exception`开始，标准程序库抛出的所有异常，都派生与该基类，这些类构成如图所示的异常类的派生继承关系。该继承类提供一个成员函数`what()`，用于返回错误信息（返回类型为`const char*`）。在`Exception`类中，`what()`函数的声明如下：  
`virtual const char* what() const throw();`  
该函数可以在派生类中重新定义  
![标准异常类的继承关系][20190626024930328.png_pic_center]

标准异常类的继承关系

下表中列出了各个具体异常类的含义及定义它们的头文件。`runtime_error`和`logic_error`是一些具体的异常类的基类，它们分别表示两大异常类。`logic_error`表示那些可以在程序中被预先检测到的异常，也就是说如果小心地编写程序，这类异常能够避免；而`runtime_error`则表示那些难以被预先检测的异常。

C++标准库各种异常类所代表的的异常

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>异常类</th> 
   <th>头文件</th> 
   <th>异常的含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>bad_alloc</code></td> 
   <td><code>exception</code></td> 
   <td>用 new 动态分配空间失败</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>bad_cast</code></td> 
   <td><code>new</code></td> 
   <td>执行<code>dynamic_cast</code>失败</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>bad_typeid</code></td> 
   <td><code>typeinfo</code></td> 
   <td>对某个空指针<code>p</code>执行<code>typeid(*p)</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>bad_exception</code></td> 
   <td><code>typeinfo</code></td> 
   <td>当某个函数<code>fun()</code>因在执行过程中抛出了异常声明所不允许的异常而调用<code>unexpected()</code>函数时，若<code>unexpected()</code>函数又一次抛出了<code>fun()</code>的异常声明所不允许的异常，且<code>fun()</code>的异常声明列表中有<code>bad_exception</code>，则会有一个<code>bad_exception</code>异常在<code>fun()</code>的调用点被抛出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>ios_base::failure</code></td> 
   <td><code>ios</code></td> 
   <td>用来表示 C++ 的输入输出流执行过程中发生的错误</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>underflow_error</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>算术运算时向下溢出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>overflow_error</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>算术运算时向上溢出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>range_error</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>内部计算时发生作用域的错误</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>out_of_range</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>表示一个参数值不在允许的范围之内</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>length_error</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>尝试创建一个长度超过最大允许值的对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>invalid_argument</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>表示向函数传入无效参数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>domain_error</code></td> 
   <td><code>stdexcept</code></td> 
   <td>执行一段程序所需要的先决条件不满足</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**习惯**：一些编程语言规定只能抛掷某个类的派生类（例如 Java 中允许抛掷的类必须派生自 Exception 类），C++ 虽然没有这项强制的要求，但仍然可以这样实践。例如，在程序中可以使得所有抛出的异常皆派生自 Exception（或者直接抛出标准程序库提供的异常类型，或者从标准程序库提供的异常类派生出新的类），这样会带来很多方便。  
  logic\_error 和 runtime\_error 两个类及其派生类，都有一个接受`const string &`型参数的构造函数。在构造异常对象时需要将具体的错误信息传递给该参数，如果调用该对象的 what() 函数，就可以得到构造时提供的错误信息。  
  下面的例子使用了标准程序库提供的异常类。  
**例：三角形面积计算**  
  编写一个计算三角形面积的函数，函数的参数为三角形三边长 a，b，c，可以用 Heron 公式计算：  
 设 p = a + b + c 2 ， 则 三 角 形 面 积 S = p ( p − a ) ( p − b ) ( p − c ) 设p = \\frac\{a + b + c\}\{2\}，则三角形面积 S = \\sqrt\{p(p - a)(p - b)(p - c)\} 设p=2a\+b\+c，则三角形面积S=p(p−a)(p−b)(p−c)  
  在计算三角形面积的函数中需要判断输入的参数 a，b，c 是否构成一个三角形，若三角形三个边长不能构成三角形，则需要抛出异常。下面是源程序：

//========================================== 
    // Filename : 三角形面积计算 
    // Time : 2019年6月26日 
    // Author : 柚子树 
    // Email : gz_duyong@163.com 
    //==========================================
    
    #include <iostream>
    #include <cmath>
    #include <stdexcept>
    using namespace std;
    
    //给出三角形三边长，计算三角形面积
    double Area(double a, double b, double c) throw (invalid_argument)
    { 
    	//判断三角形三边长是否为正
    	if (a <= 0 || b <= 0 || c <= 0)
    	{ 
    		throw invalid_argument("the side length should be positive");
    	}
    	//判断三边长是否满足三角不等式
    	if (a + b <= c || a + c <= b || b + c <= a)
    	{ 
    		throw invalid_argument("the side length should fit the triangle inequation");
    	}
    	//由 Heron 公式计算三角形面积
    	double s = (a + b + c) / 2;
    	return sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c));
    }
    
    int main()
    { 
    	double a, b, c;			//三角形三边长
    	cout << "Please input the side lengths of a triangle:";
    	cin >> a >> b >> c;
    	try
    	{ 
    		double s = Area(a, b, c);
    		cout << "Area = " << s << endl;
    	}
    	catch (exception &e)
    	{ 
    		cout << "Error:" << e.what() << endl;
    	}
    
    	system("pause");
    	return EXIT_SUCCESS;
    }

程序运行结果 1：

`Please input the side lengths of a triangle:3 4 5`  
`Area = 6`

程序运行结果 2：

`Please input the side lengths of a triangle:0 5 5`  
`Error:the side length should be positive`

程序运行结果 3：

`Please input the side lengths of a triangle:1 2 4`  
`Error:the side length should fit the triangle inequation`

C++ 标准程序库对于异常处理做了如下保证：C++ 标准程序库在面对异常时，保证不会发生资源泄露，也不会破坏容器的不变特性。

1.  对于以结点实现为基础的容器，如 list，set，multiset，map 和 multimap，如果结点构造失败，容器应当保持不变。同样需要保证删除结点操作不会失败。在顺序关联容器中插入多个元素时，为保证数据的有序排列，应当保证如果插入不成功，则容器元素不做任何改动。对于删除操作，确保操作成功。比如，对于列表容器，除了 remove()，remove\_if()，merge()，sort() 和 unique() 之外的所有操作，要么成功，要么对容器不作任何改动。
2.  对于以数组实现为基础的容器，如 vector 和 deque，在插入和删除元素时，由于有时需要调用复制构造函数和复制赋值运算符，当这些操作失败而抛出异常时，容器的不变性能不能被保证。除此以外，对于这些容器的不变特性的保证程度以结点实现为基础的容器相同。

> 内容摘自《C++语言程序设计》（第四版），郑莉主编。

> [C++中的异常机制详解][C]

[20190626024930328.png_pic_center]: /images/20211223/df06246a1bbe4f2a813e08582fee9003.png
[C]: https://blog.csdn.net/weixin_42482896/article/details/93685099