關(guān)于C++異常，你必須知道的

本文是作者翻譯過(guò)C++之父Bjarne Stroustrup的技術(shù)文章C++核心準(zhǔn)則中有關(guān)C++中異常的文章之后的總結(jié)，希望讀者通過(guò)本文可以對(duì)C++異常有一個(gè)全面，快速的了解：

異常處理機(jī)制希望解決的問(wèn)題

為了使用錯(cuò)誤處理系統(tǒng)化，健壯和不繁瑣。例如下面的代碼：

void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
{
    int* p = new int[12];
    // ...
    if (i < 17) {
        delete[] p;
        throw Bad{"in f()", i};
    }
    // ...
}

代碼中的作者需要針對(duì)每種錯(cuò)誤進(jìn)行處理，更為復(fù)雜的是當(dāng)程序的規(guī)模達(dá)到一定程度之后，在各個(gè)模塊之間和調(diào)用的各個(gè)層級(jí)之間傳遞錯(cuò)誤信息也會(huì)變成一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。異常就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而出現(xiàn)的。

推薦使用異常的情況

一般情況下會(huì)認(rèn)為異常意味著重大的例外事件和錯(cuò)誤。例如下面的情況：

• 一個(gè)前提條件沒(méi)有滿(mǎn)足

• 構(gòu)造函數(shù)無(wú)法構(gòu)造對(duì)象（無(wú)法建立類(lèi)的不變式）

• 越界錯(cuò)誤（例如 v[v.size()]=7）

• 無(wú)法獲取資源（例如：網(wǎng)絡(luò)斷）

通過(guò)拋出異常來(lái)向調(diào)用者表明函數(shù)無(wú)法執(zhí)行指定的任務(wù)。

不應(yīng)該使用異常的情況

循環(huán)的正常終止，處理的正常結(jié)束都是正常和期待的動(dòng)作，不應(yīng)該被視為異常。這種做法可以保證錯(cuò)誤處理和“普通的代碼”分離。C++編譯器會(huì)以異常處理很罕見(jiàn)為前提進(jìn)行代碼優(yōu)化。不要使用將拋出異常作為從函數(shù)中返回結(jié)果的另一種方式使用。

使用異常時(shí)應(yīng)防止資源泄露

資源泄露通常都是不可接受的。如果只是簡(jiǎn)單的去掉原有的錯(cuò)誤處理代碼并增加異常拋出和處理代碼，通常會(huì)發(fā)生資源泄露。例如下面的代碼：

void leak(int x)   // don't: may leak{    auto p = new int{7};    if (x < 0) throw Get_me_out_of_here{};  // may leak *p    // ...    delete p;   // we may never get here}

手動(dòng)釋放資源雖然不是完全做不到，但是工作量巨大且容易引發(fā)錯(cuò)誤。

void f2(int i)   // Clumsy and error-prone: explicit release
{
    int* p = new int[12];
    // ...
    if (i < 17) {
        delete[] p;
        throw Bad{"in f()", i};
    }
    // ...
}

這樣的代碼過(guò)于冗長(zhǎng)，甚至比不用異常的代碼更加冗長(zhǎng)。在更大規(guī)模的，存在更多的拋出異常的可能性的代碼中，顯式釋放資源會(huì)更加繁復(fù)和易錯(cuò)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是RAII（“資源請(qǐng)求即初始化”），它是防止泄露最簡(jiǎn)單，更加系統(tǒng)化的方式。

void f3(int i)   // OK: resource management done by a handle (but see below)
{
    auto p = make_unique(12);
    // ...
    if (i < 17) throw Bad{"in f()", i};
    // ...
}

另外一個(gè)解決方案（通常更好）是用局部變量來(lái)避免使用指針。

void no_leak_simplified(int x){    vector v(7);    // ...}

定義和使用自己的異常類(lèi)型

使用用戶(hù)定義類(lèi)型的好處是幾乎和其他人的異常發(fā)生沖突。這種問(wèn)題在代碼規(guī)模變大之后會(huì)在不知不覺(jué)出現(xiàn)。繼承自exception的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)類(lèi)應(yīng)該只用于基類(lèi)或只要求“通常”處理的異常。和內(nèi)置類(lèi)型相似，對(duì)它們的使用也有可能和其他人的使用發(fā)生沖突。

使用常量引用形式捕捉繼承體系中的異常

為了避免數(shù)據(jù)截?cái)唷?/span>大多數(shù)處理程序不會(huì)改變異常的內(nèi)容，因此通常我們同時(shí)推薦使用常量形式。

正確排列catch子句

catch子句按照它們表示的次序行，一個(gè)子句處理之后，其他子句不再執(zhí)行。

void f()
{
    // ...
    try {
            // ...
    }
    catch (Base& b) { /* ... */ }
    catch (Derived& d) { /* ... */ }
    catch (...) { /* ... */ }
    catch (std::exception& e) { /* ... */ }
}

如果Deriveds是Base的派生類(lèi)，捕捉派生類(lèi)的處理永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行。捕捉所有異常的處理會(huì)導(dǎo)致捕捉std::exception的處理程序永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行。

重新拋出異常

重新拋出已經(jīng)捕獲的異常時(shí)一定要使用throw；而不是throw e；。使用后者會(huì)拋出一個(gè)e的新拷貝（靜態(tài)類(lèi)型std::exception的截?cái)嘟Y(jié)果）而不是重新拋出原始異常。

關(guān)于noexcept

為了讓錯(cuò)誤處理更系統(tǒng)化，健壯和高效可以為函數(shù)定義noexcept。因?yàn)槟扯未a有不會(huì)拋出異常的操作構(gòu)成，所以我們知道某函數(shù)不會(huì)拋出異常。通過(guò)將函數(shù)定義為noexcept，我向編譯器和代碼的讀者傳遞了可以讓它們更容易理解和維護(hù)的信息。很多標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)被定義為noexcept，包含所有從C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)繼承的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)。

但應(yīng)該注意的是，一旦定義了noexcept，C++編譯器就會(huì)放棄為函數(shù)生成接受、轉(zhuǎn)發(fā)異常的處理。如果實(shí)際發(fā)生了異常，結(jié)果是毀滅性的。一定要慎重定義noexcept。

析構(gòu)函數(shù)，內(nèi)存釋放和swap操作永遠(yuǎn)不能失敗

如果析構(gòu)函數(shù)、swap操作或者內(nèi)存釋放失敗了，我們不知道如何編寫(xiě)可信賴(lài)的處理程序；也就是說(shuō)，如果它因?yàn)楫惓Ｍ顺龌蛘咧皇菦](méi)有執(zhí)行要求的操作。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)假設(shè)析構(gòu)函數(shù)，內(nèi)存釋放函數(shù)（例如delete運(yùn)算符），swap都不會(huì)拋出異常。如果它們異常，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的前提條件就被破壞了。

不要試圖在所有函數(shù)中捕捉所有異常

在一個(gè)無(wú)法提供有意義的恢復(fù)操作的函數(shù)中捕捉錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致代碼復(fù)雜化和冗余。讓異常向外傳播直到到達(dá)一個(gè)可以處理它的函數(shù)。讓RAII處理調(diào)用路徑上的清理動(dòng)作。

try/catch結(jié)構(gòu)冗長(zhǎng)，非平凡的用法容易出錯(cuò)。try/catch可以看作是非系統(tǒng)化和低層次資源管理或錯(cuò)誤處理的信號(hào)。

最小限度顯式使用try/catch。

無(wú)法使用異常的情況

有些系統(tǒng)，例如硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求保證一個(gè)動(dòng)作在開(kāi)始執(zhí)行之前就能確定其執(zhí)行時(shí)間小于某個(gè)固定值（通常很小）。這樣的系統(tǒng)只有在存在某種可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系統(tǒng)從拋出異常過(guò)程中恢復(fù)的最大時(shí)間的工具時(shí)才可以使用異常。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間評(píng)價(jià)工具，異常處理機(jī)制很難滿(mǎn)足這個(gè)要求。這樣的系統(tǒng)（例如飛行控制系統(tǒng)）通常也會(huì)禁止使用動(dòng)態(tài)（堆）內(nèi)存。

不要使用拋異常聲明

拋異常聲明本來(lái)的目的是明確表明某個(gè)函數(shù)可能拋出的異常。

int use(int arg)
    throw(X, Y)
{
    // ...
    auto x = f(arg);
    // ...
}

但是異常聲明讓錯(cuò)誤處理更脆弱，并強(qiáng)制產(chǎn)生運(yùn)行時(shí)成本，已經(jīng)從C++標(biāo)準(zhǔn)中被移除了。在不會(huì)拋出任何異常時(shí)，使用noexcept或者和它等價(jià)的throw()是才更加正確的做法。

關(guān)于異常代價(jià)和性能

很多關(guān)于異常的大量恐懼都是被誤導(dǎo)的。當(dāng)在沒(méi)有被指針或復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)搞亂的代碼環(huán)境中使用異常時(shí)，異常處理幾乎總是可以接受的（無(wú)論是時(shí)間還是空間維度），幾乎總是可以帶來(lái)更好的代碼。

在譴責(zé)異常或抱怨異常的成本過(guò)高之前，考慮使用錯(cuò)誤代碼時(shí)的成本和復(fù)雜度。如果你擔(dān)心性能，進(jìn)行測(cè)量（而不是無(wú)根據(jù)的懷疑，譯者注）

參考資料

C++核心準(zhǔn)則英文原文（C++之父Bjarne Stroustrup的技術(shù)文章）：

https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md

異常相關(guān)翻譯文章匯總：

https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?action=getalbum&album_id=1575975158413099008&__biz=MzI2MDYyNDgzMQ==#wechat_redirect

更多中文翻譯請(qǐng)參考本人公眾號(hào)【面向?qū)ο笏伎肌俊?/span>

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