C++程序设计 第10章 异常处理

【例10.1】包含栈满或空异常的完整的程序。
10.3
栈展开与异常捕获
函数try块的使用：
把程序的正常处理代码和异常处理代码分离的最清楚 的方法是定义函数try块（Function try Block）。这 种方法是把整个函数包括在try块中。
【例10.1_1】定义函数try块（Function try Block）。
10.3 栈展开与异常捕获
栈展开时资源的释放:
在栈展开期间，在退出的域中有某个局部量是类对象，栈展 开过程将自动调用该对象的析构函数，完成资源的释放。所以 C++异常处理过程本质上反映的是“资源获取是由构造函数实 现，而资源释放是由析构函数完成” 。采用面向对象的程序设 计，取得资源的动作封装在类的构造函数中，释放资源的动作 封装在类的析构函数中，当一个函数带着未处理的异常退出时， 函数中这种类对象被自动销毁，资源（包括动态空间分配的资 源和打开的文件）释放。所以由文件重构对象应该放在构造函 数中，把对象存入文件应该放在析构函数中。 异常处理应该用于面向对象的程序设计。对非面向对象的程 序设计如果函数动态获得过资源，因异常，这些资源的释放 语句可能被忽略，则这些资源将永远不会被自动释放。
第十章 异常处理
10.1 异常的概念
10.2 异常处理的机制
10.5异常和继承
10.3 栈展开与 异常捕获
10.6异常规范（选读）
10.4 异常的重新抛出 和catch_all子句
10.7 C++标准库异常类 层次结构 （选读）
10.1 异常的概念
异常概念的引入：
异常（exception）是程序可能检测到 的，运行时不正常的情况，如存储空间耗尽、数组越 界、被0除等等。可以预见可能发生在什么地方，但是无法确 知怎样发生和何时发生。特别在一个大型的程序（软件）中， 程序各部分是由不同的小组编写的，它们由公共接口连起来， 错误可能就发生在相互的配合上，也可能发生在事先根本想不 到的个别的条件组合上。 C++提供了一些内置的语言特性来产生（raise）或抛出 （throw）异常，用以通知“异常已经发生”，然后由预先安 排的程序段来捕获（catch）异常，并对它进行处理。这种机 制可以在C++程序的两个无关（往往是独立开发）的部分进行 “异常”通信。由程序某一部分引发了另一部分的异常，这一 异常可回到引起异常的部分去处理（逆着程序的函数调用链）。
10.3
栈展开与异常捕获
catch子句的异常声明与函数参数声明类似，可以是按 值传送，也可以是按引用传递。对大型类对象减少不 必要的复制是很有意义的，所以对于类类型的异常， 其异常声明最好也是被声明为引用。如：
catch(pushOnFull<T> & eObj){ cerr<<”栈满”<<eObj.value()<<”未压栈”<<endl; return 1; } 使用引用类型的异常声明，catch子句能够修改异常对象， 但仅仅是异常对象本身，正常程序部分的量并不会被修改。 与一般类对象不同，实际上异常对象处理完后，生命期也 就结束了。只有需要重新抛出异常（在下一节中讨论）， 修改操作才有意义。
10.3 栈展开与异常捕获
catch子句异常声明探讨：
异常声明中可以是一个对象声明。以栈为例，当栈满 时，要求在异常对象中保存不能被压入到栈中的值， pushOnFull类可定义如下：
template <typename T>class pushOnFull{ T _value; public: pushOnFull(T i):_value(i){} //或写为pushOnFull(T i){_value=i;} T value(){return _value;} }; 新的私有数据成员_value保存那些不能被压入栈中的值。该 值即调用构造函数时的实参。 对应在throw表达式中，构造抛出对象也要有实参： throw pushOnFull(data); //data即Push(const &data)中的参数data
10.2 异常处理的机制 流程控制规则：
1．如果没有异常发生，继续执行try块中的代码，与try块相 关联 的catch子句被忽略，程序正常执行，main()返回0。 2．当第一个try块在for循环中抛出异常，则该for循环退出， try块也退出，去执行可处理pushOnFull异常的catch子句。 istack.PrintStack()不再执行，被忽略。 3．如果第二个try块调用Pop()抛出异常，则退出for和try 块，去执行可处理popOnEmpty异常的catch子句。 4．当某条语句抛出异常时，跟在该语句后面的语句将被跳过。 程序执行权交给处理异常的catch子句，如果没有catch子句 能够处理异常，则交给C++标准库中定义的函数 terminate()。
10.2 异常处理的机制
异常与异常抛出：
以栈为例，异常类声明如下: template <typename T>class popOnEmpty{...}; //栈空异常 template <typename T>class pushOnFull{...}; //栈满异常 测到栈满或空就抛出一个异常。 template <typename T>void Stack<T>::Push(const T&data){ if(IsFull()) throw pushOnFull<T>(data); //注意加了括号,是构造一个无名对象 elements[++top]=data; } template<typename T>T Stack<T>::Pop(){ if(IsEmpty()) throw popOnEmpty<T>(); return elements[top--]; } 注意pushOnFull是类，C++要求抛出的必须是对象，所以必 须有“()”，即调用构造函数建立一个对象。
一个函数try块把一组catch子句同一个函数体相关联。如果函 数体中的语句抛出一个异常，则考虑跟在函数体后面的处理代 码来处理该异常。函数try块对构造函数尤其有用。
寻找匹配的catch子句有固定 的过程：如果throw表达式位 于try块中，则检查与try块相关 联的catch子句列表，看是否 有一个子句能够处理该异常， 有匹配的，则该异常被处理； 找不到匹配的catch子句，则 在主调函数中继续查找。如果 一个函数调用在退出时带有一 个被抛出的异常未能处理，而 且这个调用位于一个try块中， 则检查与该try块相关联的 catch子句列表，看是否有一 个子句匹配，有，则处理该异 常；没有，则查找过程在该函 数的主调函数中继续进行。即 这个查找过程逆着嵌套的函数 调用链向上继续，直到找到处 理该异常的catch子句。只要 遇到第一个匹配的catch子句， 就会进入该catch子句，进行 处理，查找过程结束。如最终 未找到，由terminate()处理。
10.3 栈展开与异常捕获
在catch子句中，要取得_value，须调用pushOnFull 中的成员函数value()： catch（pushOnFull<T> eObj）{ cerr<<”栈满”<<eObj.value()<<”未压入栈”<<endl; return 1;} 在catch子句的异常声明中声明了对象eObj，用它来调用 pushOnFull类的对象成员函数value()。异常对象是在抛出 点被创建，与catch子句是否显式要求创建一个异常对象无关， 该对象总是存在，在catch子句中只是为了调用异常处理对象 的成员函数才声明为对象，不用类。 *catch子句异常声明中采用对象只是一种形式。甚至 异常并非一个类对象时，也可以用同样的格式，比如 异常为一枚举量，这时就等效于按值传递，而不是为 了调用类对象的公有成员。
10.3 栈展开与异常捕获
catch子句说明：
当try块中的语句抛出异常时，系统通过查看跟在 其后的catch子句列表，来查找可处理该异常的 catch子句。 catch子句由三部分组成：关键字catch、圆括号中的异 常声明以及复合语句中的一组语句。 •catch子句不是函数，所以圆括号中不是形参，而是一个 异常类型声明，可以是类型也可以是对象。 •catch子句的使用：它只有一个子句，没有定义和调用之 分。使用时由系统按规则自动在catch子句列表中匹配。 catch子句可以包含返回语句（return），也可不包含 返回语句。包含返回语句，则整个程序结束。而不包含返 回语句，则执行catch列表之后的下一条语句。
第十章 异常处理
大型和十分复杂的程序往往会产生一些很难查找的甚至是 无法避免的运行时错误。当发生运行时错误时，不能简单地结 束程序运行，而是退回到任务的起点，指出错误，并由用户决 定下一步工作。面向对象的异常处理（exception handling） 机制是C++语言用以解决这个问题的有力工具。 函数执行时，放在try（测试）程序块中的任何类型的数 据对象发生异常，都可被throw表达式抛出，随即逆调用链退 回，直到被catch子句捕获，并在此执行异常处理，报告出现 的异常等情况。从抛出到捕获，应将各嵌套调用函数残存在 栈中的自动对象、自动变量和现场保护内容等进行清除。如 果已退到入口函数还未捕获则由terminate()函数来终结入口 函数。
10.2 异常处理的机制
try块与ca源自文库ch子句的关系实例：
int main(){ int a[9]={1,2,3,4,5,6,7,8,9},b[9]={0},i; stack<int>istack(8); try{ for(i=0;i<9;i++) istack.Push(a[i]); istack.PrintStack(); } catch(pushOnFull<int>){cerr<<”栈满”<<endl;} try{ for(i=0;i<9;i++){b[i]=istack.Pop();} } catch(popOnEmpty<int>){cerr<<”栈空”<<endl;} for(i=0;i<9;i++) cout<<b[i]<<’\t’; cout<<endl; return 0; }
10.2 异常处理的机制
说明：
这里有两个try块，分别对应压栈与出栈；也有两 个catch子句（catch clause），分别处理压栈 时的栈满和出栈时的栈空。 由catch字句捕获并处理异常是第二步。注意与catch语句 分别匹配的是在压栈和出栈成员函数模板中的throw语句， 一个抛出pushOnFull类的无名对象，另一个抛出 popOnEmpty类的无名对象。 在编制程序时有一条惯例：把正常执行的程序与异常处理两 部分分隔开来，这样使代码更易于跟随和维护。在上例中， 我们可以把两个try块合成一个，而把两个catch子句都放在 函数最后。
10.3 栈展开与异常捕获
栈展开：
因发生异常而逐步退出复合语句和函数定义的过程，被称 为栈展开(stack unwinding)。这是异常处理的核心技术。 在栈异常处理的例子中，对popOnEmpty，首先应在 istack的成员函数Pop()中找，因为Pop()中没有try块，不存 在catch子句，所以Pop()带着一个异常退出。下一步是检查 调用Pop()的函数，这里是main()，在main()中对Pop()的调 用位于一个try块中，则可用与该try块关联的catch子句列表 中的某一个来处理，找到第一个popOnEmpty类型异常声明 的catch子句，并进入该子句进行异常处理。 异常对程序的影响通常不仅是在发生异常的那个局部范围中， 而且可能逆调用链而上，甚至整个任务。因此，异常处理应 该在其对程序影响的终结处进行，甚至是在调用该任务的菜 单处进行。
10.2 异常处理的机制
异常处理机制：
throw表达式抛出异常为异常处理的第一步。在堆栈的压 栈和出栈操作中发生错误而抛出的异常，理所当然地应由 调用堆栈的程序来处理。异常并非总是类对象，throw表 达式也可以抛出任何类型的对象，如枚举、整数等等。但 最常用的是类对象。 在C++中异常抛出与异常处理之间有一整套程序设计的机制。 首先采用关键字try，构成一个try块（try block），它包含 了抛出异常的语句。当然也可以是包含了这样的调用语句， 该语句所调用的函数中有能够抛出异常的语句。