C++ throw关键字实现抛出异常和异常规范

在《C++异常入门》一节中，我们讲到了 C++ 异常处理的流程，具体为：

抛出（Throw）--> 检测（Try） --> 捕获（Catch）

异常必须显式地抛出，才能被检测和捕获到；如果没有显式的抛出，即使有异常也检测不到。

在 C++ 中，我们使用 throw 关键字来显式地抛出异常，它的用法为：

throw exceptionData;

exceptionData 是“异常数据”的意思，它可以包含任意的信息，完全有程序员决定。exceptionData 可以是 int、float、bool 等基本类型，也可以是指针、数组、字符串、结构体、类等聚合类型，请看下面的例子：

char str[] = "http://c.biancheng.net";
char *pstr = str;
class Base{};
Base obj;
throw 100;  //int 类型
throw str;  //数组类型
throw pstr;  //指针类型
throw obj;  //对象类型

一个动态数组的例子

C/C++ 规定，数组一旦定义后，它的长度就不能改变了；换句话说，数组容量不能动态地增大或者减小。这样的数组称为静态数组（Static array）。静态数组有时候会给编码代码不便，我们可以通过自定义的 Array 类来实现动态数组（Dynamic array）。所谓动态数组，是指数组容量能够在使用的过程中随时增大或减小。

下面这段代码虽然有点长，但它是一个典型的使用异常的场景，请大家耐心阅读。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
//自定义的异常类型
class OutOfRange{
public:
    OutOfRange(): m_flag(1){ };
    OutOfRange(int len, int index): m_len(len), m_index(index), m_flag(2){ }
public:
    void what() const;  //获取具体的错误信息
private:
    int m_flag;  //不同的flag表示不同的错误
    int m_len;  //当前数组的长度
    int m_index;  //当前使用的数组下标
};
void OutOfRange::what() const {
    if(m_flag == 1){
        cout<<"Error: empty array, no elements to pop."<<endl;
    }else if(m_flag == 2){
        cout<<"Error: out of range( array length "<<m_len<<", access index "<<m_index<<" )"<<endl;
    }else{
        cout<<"Unknown exception."<<endl;
    }
}
//实现动态数组
class Array{
public:
    Array();
    ~Array(){ free(m_p); };
public:
    int operator[](int i) const;  //获取数组元素
    int push(int ele);  //在末尾插入数组元素
    int pop();  //在末尾删除数组元素
    int length() const{ return m_len; };  //获取数组长度
private:
    int m_len;  //数组长度
    int m_capacity;  //当前的内存能容纳多少个元素
    int *m_p;  //内存指针
private:
    static const int m_stepSize = 50;  //每次扩容的步长
};
Array::Array(){
    m_p = (int*)malloc( sizeof(int) * m_stepSize );
    m_capacity = m_stepSize;
    m_len = 0;
}
int Array::operator[](int index) const {
    if( index<0 || index>=m_len ){  //判断是否越界
        throw OutOfRange(m_len, index);  //抛出异常（创建一个匿名对象）
    }
    return *(m_p + index);
}
int Array::push(int ele){
    if(m_len >= m_capacity){  //如果容量不足就扩容
        m_capacity += m_stepSize;
        m_p = (int*)realloc( m_p, sizeof(int) * m_capacity );  //扩容
    }
    *(m_p + m_len) = ele;
    m_len++;
    return m_len-1;
}
int Array::pop(){
    if(m_len == 0){
         throw OutOfRange();  //抛出异常（创建一个匿名对象）
    }
    m_len--;
    return *(m_p + m_len);
}
//打印数组元素
void printArray(Array &arr){
    int len = arr.length();
    //判断数组是否为空
    if(len == 0){
        cout<<"Empty array! No elements to print."<<endl;
        return;
    }
    for(int i=0; i<len; i++){
        if(i == len-1){
            cout<<arr[i]<<endl;
        }else{
            cout<<arr[i]<<", ";
        }
    }
}
int main(){
    Array nums;
    //向数组中添加十个元素
    for(int i=0; i<10; i++){
        nums.push(i);
    }
    printArray(nums);
    //尝试访问第20个元素
    try{
        cout<<nums[20]<<endl;
    }catch(OutOfRange &e){
        e.what();
    }
    //尝试弹出20个元素
    try{
        for(int i=0; i<20; i++){
            nums.pop();
        }
    }catch(OutOfRange &e){
        e.what();
    }
    printArray(nums);
    return 0;
}

运行结果：
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Error: out of range( array length 10, access index 20 )
Error: empty array, no elements to pop.
Empty array! No elements to print.

Array 类实现了动态数组，它的主要思路是：在创建对象时预先分配出一定长度的内存（通过 malloc() 分配），内存不够用时就再扩展内存（通过 realloc() 重新分配）。Array 数组只能在尾部一个一个地插入（通过 push() 插入）或删除（通过 pop() 删除）元素。

我们通过重载过的[ ]运算符来访问数组元素，如果下标过小或过大，就会抛出异常（第53行代码）；在抛出异常的同时，我们还记录了当前数组的长度和要访问的下标。

在使用 pop() 删除数组元素时，如果当前数组为空，也会抛出错误。

throw 用作异常规范

throw 关键字除了可以用在函数体中抛出异常，还可以用在函数头和函数体之间，指明当前函数能够抛出的异常类型，这称为异常规范（Exception specification），有些教程也称为异常指示符或异常列表。请看下面的例子：
double func (char param) throw (int);

这条语句声明了一个名为 func 的函数，它的返回值类型为 double，有一个 char 类型的参数，并且只能抛出 int 类型的异常。如果抛出其他类型的异常，try 将无法捕获，只能终止程序。

如果函数会抛出多种类型的异常，那么可以用逗号隔开：

double func (char param) throw (int, char, exception);

如果函数不会抛出任何异常，那么( )中什么也不写：

double func (char param) throw ();

如此，func() 函数就不能抛出任何类型的异常了，即使抛出了，try 也检测不到。

1) 虚函数中的异常规范

C++ 规定，派生类虚函数的异常规范必须与基类虚函数的异常规范一样严格，或者更严格。只有这样，当通过基类指针（或者引用）调用派生类虚函数时，才能保证不违背基类成员函数的异常规范。请看下面的例子：

class Base{
public:
    virtual int fun1(int) throw();
    virtual int fun2(int) throw(int);
    virtual string fun3() throw(int, string);
};
class Derived:public Base{
public:
    int fun1(int) throw(int);   //错！异常规范不如 throw() 严格
    int fun2(int) throw(int);   //对！有相同的异常规范
    string fun3() throw(string);  //对！异常规范比 throw(int,string) 更严格
}

2) 异常规范与函数定义和函数声明

C++ 规定，异常规范在函数声明和函数定义中必须同时指明，并且要严格保持一致，不能更加严格或者更加宽松。

请看下面的几组函数：

//错！定义中有异常规范，声明中没有
void func1();
void func1() throw(int) { }
//错！定义和声明中的异常规范不一致
void func2() throw(int);
void func2() throw(int, bool) { }
//对！定义和声明中的异常规范严格一致
void func3() throw(float, char*);
void func3() throw(float, char*) { }

请抛弃异常规范，不要再使用它

异常规范的初衷是好的，它希望让程序员看到函数的定义或声明后，立马就知道该函数会抛出什么类型的异常，这样程序员就可以使用 try-catch 来捕获了。如果没有异常规范，程序员必须阅读函数源码才能知道函数会抛出什么异常。

不过这有时候也不容易做到。例如，func_outer() 函数可能不会引发异常，但它调用了另外一个函数 func_inner()，这个函数可能会引发异常。再如，您编写的函数调用了老式的库函数，此时不会引发异常，但是库更新以后这个函数却引发了异常。总之，异常规范的初衷实现起来有点困难，所以大家达成的一致意见是，最好不要使用异常规范。

异常规范是 C++98 新增的一项功能，但是后来的 C++11 已经将它抛弃了，不再建议使用。

另外，各个编译器对异常规范的支持也不一样，请看下面的代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <exception>
using namespace std;
void func()throw(char*, exception){
    throw 100;
    cout<<"[1]This statement will not be executed."<<endl;
}
int main(){
    try{
        func();
    }catch(int){
        cout<<"Exception type: int"<<endl;
    }
    return 0;
}

在 GCC 下，这段代码运行到第 7 行时程序会崩溃。虽然 func() 函数中发生了异常，但是由于 throw 限制了函数只能抛出 char*、exception 类型的异常，所以 try-catch 将捕获不到异常，只能交给系统处理，终止程序。

在 Visual C++ 下，输出结果为Exception type: int，这说明异常被成功捕获了。在 Visual C++ 中使用异常规范虽然没有语法错误，但是也没有任何效果，Visual C++ 会直接忽略异常规范的限制，函数可以抛出任何类型的异常。

到此这篇关于C++ throw关键字实现抛出异常和异常规范的文章就介绍到这了,更多相关C++ throw关键字 内容请搜索猪先飞以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持猪先飞！