第10章異常處理

程序設計不僅應考慮程序的正確性，還要考慮程序的容錯能力。在程序設計期間，要充分考慮程序運行時可能出現的各種異常問題，在出現各種異常情況時，程序應有適當的處理措施，不輕易出現死機，或退出系統，或發生數據丟失等災難性后果，提高程序的健壯性。

C++提供了異常處理的機制。本章介紹異常的概念、C++的異常處理機制和方法。學習內容：1．理解異常的概念、異常處理的思想；2．理解C++中try-throw-catch異常處理機制；3．掌握異常處理方法，學會處理程序中常見的異常。第10章異常處理第10章異常處理10.1異常的概念和異常處理的基本思想

10.2異常處理機制10.3異常處理實例補充10.1

異常的概念和異常處理的基本思想

程序的錯誤通常包括：1.語法錯誤。指程序的書寫不符合語言的語法規則，這類錯誤可由編譯程序發現。2.邏輯錯誤。指程序設計不當造成程序沒有完成預期的功能，這類錯誤通過測試發現。3.運行異常。指程序設計對程序運行環境考慮不周全而造成的程序在運行中異常終止，如：內存空間不足、打開不存在的文件進行讀操作、程序執行了除以0的指令等等。10.1

異常的概念和異常處理的基本思想

異常處理的概念：

程序運行中的運行異常是可以預料但不可避免的。對于運行異常不能簡單地退出整個程序，特別是對大型程序更不能如此處理。因此為了保證程序的健壯性，必須在程序中對運行異常進行預見性處理。對運行異常進行預見性處理稱為異常處理。

10.1

異常的概念和異常處理的基本思想

異常處理的基本思想：上述處理機制將正常處理與異常處理交織在一起，程序的易讀性差。而且對于像構造函數、析構函數這類系統自動調用，又沒有返回值的特殊函數，就沒有辦法利用返回值返回異常。if(b==0)cout<<“Divide0！”<<endl；elsecout<<Div（a，b）；floatDiv（floata，floatb）｛returna/b;｝10.1

異常的概念和異常處理的基本思想

異常處理的基本思想：在一個大型軟件中，由于函數之間有著明確的分工和復雜的調用關系，發現錯誤的函數往往不具備處理錯誤的能力。這時它就引發一個異常，希望由它的調用者能夠捕獲這個異常并處理這個錯誤。如果調用者也不能處理這個錯誤，還可以繼續傳遞給上級調用者去處理。這種傳播會一直繼續到異常被處理為止。如果程序始終沒有處理這個異常，最終它會被傳到C++運行系統那里。運行系統捕獲異常后通常只是簡單地終止這個程序。

異常傳播方向

C++的異常處理機制使得異常的引發和處理不必在同一函數中，這樣底層的函數可以著重解決應用問題，而不必過多地考慮對異常的處理。上層調用者則在適當的位置安排對不同類型異常的處理。10.1

異常的概念和異常處理的基本思想10.2異常處理機制

C++提供了一種以結構化的形式來描述異常處理過程的機制。該異常處理機制能夠把程序的正常處理和異常處理邏輯分開表示，使得程序的異常處理結構清晰。通過異常集中處理的方法，解決異常處理問題。10.2異常處理機制

10.2.1異常處理的語法10.2.2異常處理接口聲明10.2.3異常處理處理的嵌套10.2.4異常的重新拋出10.2.1異常處理的語法

異常處理機制的主要思想是：程序在結構上分為兩個區域：異常拋出區：把可能造成異常的操作放在異常拋出區的try語句塊中，如果try語句塊中的某個操作在執行中產生了異常，則通過執行一個throw語句拋出一個異常對象。異常處理區：拋出的對象將由異常處理區的catch語句來捕獲并處理。10.2.1異常處理的語法C++異常處理由try…throw…catch組成try語句塊語法如下：try{復合語句}throw()函數語法格式如下：throw(異常類型表達式)；catch語句格式如下：catch(異常類型聲明){

復合語句}…catch(異常類型聲明){

復合語句}一定要有”{}”10.2.1異常處理的語法其中：

1.異常類型可以是基本數據類型、構造數據類型、還可以是類類型，類型名后可以帶變量(對象)名，這樣就像函數的參數傳遞一樣，可以將異常類型表達式的值傳入。

2.異常類型還可以寫…，表示可以捕獲任意類型的異常，因此通常將catch(…)寫在最后。

3.try和catch子句為復合語句，因此如果try和catch子句中只有一條語句，也必須用”{}”括起來。10.2.1異常處理的語法1.程序執行到try異常拋出區，執行try中的保護段代碼。

2.如果執行保護段代碼沒有發生異常，就不執行throw()語句，控制跳過其后異常處理區catch語句塊，執行后續語句。異常處理的執行過程如下：10.2.1異常處理的語法3.如果在執行try保護段(包括直接或間接調用)期間引發異常，則通過throw創建一個異常對象，并拋出異常，進入異常處理區。程序按catch出現的順序依次進行異常類型匹配。如果找到類型匹配的catch，則該catch處理程序被執行。執行結束，程序轉移到異常處理區的后續語句執行。如果沒有找到類型匹配的catch，則繼續檢查外層的try塊。一直到最外層的封閉的try塊被檢查完。

4.如果逐層始終沒有找到匹配的處理程序，則自動運行系統terminate函數終止程序運行。注意：如果catch子句異常類型是基類，則該catch子句匹配該基類的所有派生類。因此如果要分別捕獲基類和派生類類型異常，應該捕獲派生類的catch子句列在前，捕獲基類的catch子句列在后。10.2.1異常處理的語法[例10-1]處理除零異常。異常處理區中的各catch處理程序的順序安排很重要。如果將上例的異常處理程序安排成下面形式，則catch(int)始終不被檢查。catch(…){…//處理所有的異常}catch(int){ cout<<"exceptofdevidingzero.\n";}處理所有異常處理int異常10.2.2異常接口聲明

可以在函數的聲明中列出函數可能拋出的所有異常類型，稱為異常接口聲明。語法形式如下：

函數類型函數名(形參表)[throw([異常類型表])]；其中：

1.“異常類型表”中列出函數可以拋出的各種異常類型名。

2.當函數聲明中沒有throw關鍵詞，表明函數可以拋出任何異常；

3.當函數聲明中有throw關鍵詞，但沒有“異常類型表”時，表明函數不拋出任何異常；[例10-2]帶有異常接口聲明的函數。

10.2.3嵌套的異常處理

在一個帶異常處理的函數中調用另一個函數，而在另一個函數中產生異常。這樣通過函數嵌套調用便形成了嵌套的異常處理。在這種情況下，嵌套的已成處理如右圖所示[例10-3]帶嵌套異常處理的一元二次方程求解。10.2.4異常的重新拋出

當catch語句捕獲一個異常后，會出現兩種情況：

1.可能不能處理，或不能完全處理異常。

2.完成某些操作后，該異常還須由上一級函數來處理。這時catch子句可以重新拋出（rethrow）該異常，把異常傳遞給函數調用鏈中更上級的另一個catch子句，由它進行進一步處理。10.2.4異常的重新拋出

重新拋出異常的語句是：

throw;

如例10-3中，resolution函數的B行，就是將異常再次拋出。注意：在使用throw重新拋出時，必須之前曾經拋出過異常，否則會出錯。另外重新拋出的throw只能是在catch語句或者是catch調用的函數中。10.3

異常處理實例

—數組下標越界異常處理

C++標準庫提供了一個異常基類exception。exception基類提供了what()虛函數，用戶可以使用C++標準庫中的異常類處理程序中的異常。也可以派生新類，重定義what()函數，以發出相應的異常信息。異常類層次中有一個out_of_range邏輯異常，專門用來處理數組下標越界。通過這個異常類能夠很好地解決數組下標越界問題。[例10-4]標準庫異常類處理數組下標越界異常。第10章異常處理謝謝補充：異常處理中的構造與析構

C++異常處理的真正能力，在于它具有為異常拋擲前構造的所有局部對象自動調用析構函數的能力。在程序中，找到一個匹配的catch異常處理后，如果catch子句的異常類型聲明是一個引用，則其初始化方式是使該引用指向異常對象。當catch子句的異常類型聲明參數被初始化后，棧的展開過程便開始了。這包括將從對應的try塊開始到異常被拋擲處之間構造的(且尚未析構)的所有自動對象進行析構。析構的順序與構造的順序相反，然后程序從最后一個catch處理之后開始恢復運行。

C++標準庫提供了一個異常類層次結構，用來報告C++標準庫中的函數執行期間遇到的程序不正常情況。這些異常類也可以被用在用戶編寫的程序中，或被進一步派生來描述程序中的異常。

C++標準庫中的異常類層次以exception作為基類。該基類提供了what()虛函數，在每個派生類中重定義，發出相應的異常信息。補充：C++標準庫的異常處理

補充：C++標準庫的異常處理

exception類的接口如下：namespacestd{//注意在名字空間域std中

classexception{public:exception()throw();//默認構造函數

exception(constexception&)throw();//復制構造函數

exception&operator=(constexception&)throw();

//復制賦值操作符

virtual~exception()throw();//析構函數

virtualconstchar*what()constthrow();

//返回一個C風格的字符串，目的是為拋出的異常提供文本描述

};}C++標準庫異常類定義在四個頭文件中：

1)<exception>頭文件中定義了異常類exception；

2)<stdexcept>頭文件中定義了幾種常見的異常類。

3)<new>頭文件中定義了bad-alloc異常類。當new無法分配內存時將拋出該異常類對象。

4)<type_info>頭文件中定義了bad_cast異常類。當dynamic_cast失敗時將拋出該異常類對象。標準異常類之間的關系：exception派生出runtime_error類、logic_error類、bad_cast類和bad_alloc類。由runtime_error派生出range_error、overflow_error、underflow_error；由logic_error派生出domain_error、invalid_argument、length_error、out_of_range。

補充：C++標準庫的異常處理

補充：

C++標準庫的異常處理C++標準庫提供的邏輯異常：invalid_argument異常，接收到一個無效的實參，拋出該異常。out_of_range異常，使用一個超出有效范圍的值，則拋出。length_error異常，報告試圖生成一個超出該類型最大長度的對象。domain_error異常，用以報告域錯誤。以上四個異常是由logic_error類派生的。C++標準庫提供的運行異常：range_error異常，報告內部計算中的范圍錯誤。overflow_error異常，報告計算上溢錯誤。underflow_error異常，報告計算下溢錯誤。以上三個異常是由runtime_error類派生的。第10章異常處理謝謝！[例10-1]處理除零異常。#include<iostream>usingnamespacestd;intDiv(intx,inty);intmain(){ try { cout<<"5/2="<<Div(5,2)<<endl; cout<<"8/0="<<Div(8,0)<<endl; cout<<"7/1="<<Div(7,1)<<endl; } catch(int){ cout<<"exceptofdevidingzero.\n"; } cout<<"thatisok.\n"; return0;}intDiv(intx,inty){ if(y==0) throwy; returnx/y;}程序運行結果：5/2=2exceptofdevidingzero.thatisok.[例10-2]帶有異常接口聲明的函數。#include<iostream>usingnamespacestd;voidfun(intx)throw(int,char,double);//fun()函數可以拋出三種異常類型voidfun(intx)throw(int,char,double){ if(x==0)throwx; if(x==1)throw'a'; if(x==2)throw(double)x;}intmain(){ try{ for(inti=1;i<4;i++) fun(i); } catch(int){ cout<<"catchint\n"; } catch(char){ cout<<"catchchar\n"; } catch(double){ cout<<"catchdouble\n"; } return0;}程序運行結果：catchchar[例10-3]帶嵌套異常處理的一元二次方程求解。一元二次方程求解公式為：當a=0,b≠0,x=-c/b(10-1)x= (10-2)因此在求解過程中可能出現兩種異常：表達式(10-1)和(10-2)中除數為0以及表達式(10-2)中b2-4ac<0。#include<iostream>#include<cmath>usingnamespacestd;structResult{ doublex1,x2;};Resultresolution(doublea,doubleb,doublec)throw(double);doublequotient(doublea,doubleb)throw(char*);intmain(){ doublea,b,c; Resultroot; cout<<"Inputa,b,c"; cin>>a>>b>>c; try{ root=resolution(a,b,c); cout<<"x1="<<root.x1<<",\tx2="<<root.x2<<endl; } catch(double){ cerr<<"Sqrtnegativateexception"<<endl; } catch(...){ cerr<<"Unexceptedorrethrowexception"<<endl; } return0;}Resultresolution(doublea,doubleb,doublec)throw(double){ Resulttempr; try{ if(a==0&&b!=0){ tempr.x1=tempr.x2=quotient(-c,b); returntempr; } if(b*b<4*a*c)throw(b); tempr.x1=quotient(-b+sqrt(b*b-4*a*c),2*a); tempr.x2=quotient(-b-sqrt(b*b-4*a*c),2*a); returntempr; } catch(char*Errs){ cerr<<Errs<<endl; //exit(0); //A //throw; //B }}doublequotient(doublea,doubleb)throw(char*){ if(b==0)throw("Divide0"); elsereturna/b;}程序運行結果：Inputa,b,c123SqrtnegativateexceptionInputa,b,c003Divide0x1=-6.98351e-251,x2=2.87248e-313[例10-4］標準庫異常類處理數組下標越界異常#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>#include<stdexcept>usingnamespacestd;constintDefaultArraySize=10;template<typenameelemType>classArray{public: explicit