C、C++、Java语言中异常处理机制浅析

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作者：wangzhicheng2013，发布于2012-8-21，来源：博客

一、异常处理 (ExceptionalHandling)概述

1. 异常处理

异常处理又称异常错误处理，它提供了处理程序运行时出现任何意外或异常情况的方法。异常处理通常是防止未知错误的发生所采取的处理措施，对于某一类型的错误，异常处理应该提供相应的处理方法。例如，在设计程序时，如果可能会碰到除0错误或者数组访问越界错误，程序员应该在程序中设计相应的异常处理代码以便发生异常情况时，程序做出相应的处理。

2. 异常处理的两类模型

（1）终止模型

在这种模型中，异常是致命的，它一旦发生，将导致程序终止。这种模型被C++和Java语言所支持。

（2）恢复模型

当发生异常时，由异常处理方法进行处理，处理完毕后程序返回继续执行。

二、 C语言异常处理

1. 常用方法

（1）使用abort()和exit()两个函数，他们声明在<stdlib.h>中；

（2）使用assert宏调用，它位于<assert.h>中。assert(expression)当expression为0时，就好引发abort()；

（3）使用全局变量errno，它由C语言库函数提供，位于<errno.h>中；

（4）使用goto语用局部跳转到异常处理代码处；

（5）使用setjmp和longjmp实现全局跳转，它们声明<setjmp.h>中，一般由setjmp保存jmp_buf上下文结构体，然后由longjmp跳回到此时。

2. 实例演示

实例一 ：使用exit()终止程序运行

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
 
voidDivideError(void)
{
   printf("divide 0 error!\n");
}
doubledivide(double x,double y)
{
   if(y==0) exit(EXIT_FAILURE);//此时EXIT_FAILURE=1
//也可以使用atexit()函数来注册异常处理函数,但此时异常处理函//数必须形如voidfun(void);
   else return x/y;
}
intmain()
{
   double x,y,res;
  printf("x=");
  scanf("%lf",&x);
  printf("y=");
  scanf("%lf",&y);
  atexit(DivideError);
   res=divide(x,y);
   printf("result=%lf\n",res);
   return 0;
}

实例二：使用assert(expression)

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
 
intmain()
{
   int a,b,res;
 res=scanf("%d,%d",&a,&b);
 //scnaf函数返回从stdin流中成功读入的数据个数
  assert(res==2); //如果res!=2，则出现异常
   return 0;
}

实例三：使用全局变量errno来获取异常情况的编号

#include<stdio.h>
#include<errno.h>
 
intmain()
{
   char filename[80];
   errno=0;
   scanf("%s",filename);
   FILE* fp=fopen(filename,"r");
   printf("%d\n",errno); //如果此时文件打不开,那么errno=2
   return 0;
}

实例四：使用goto实现局部跳转

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
 
intmain()
{
   double x,y,res;
   int tag=0;
   if(tag==1)
   {
       Error:
       printf("divide0 error!\n");
       exit(1);
   }
  printf("x=");
  scanf("%lf",&x);
  printf("y=");
  scanf("%lf",&y);
   if(y==0)
   {
      tag=1; 
      goto Error;
   }
   else 
   {
     res=divide(x,y);
     printf("result =%lf\n",res);
   }
   return 0;
}

实例五：使用setjmp和longjmp实现全局跳转

#include<stdio.h>
#include<setjmp.h>
 
jmp_buf mark; //保存跳转点上下文环境的结构体
void DivideError()
{
   longjmp(mark,1);
}
intmain()
{
   double a,b,res;
   printf("a=");
   scanf("%lf",&a);
   printf("b=");
   scanf("%lf",&b);
   if(setjmp(mark)==0)
   {
      if(b==0) DivideError();
      else
      {
        res=a/b;
        printf("the result is%lf\n",res);
      }
   }
   else printf("Divide 0 error!\n");
   return 0;
}

三、 C++异常处理

1. C++异常类的编写

#include<iostream>
#include<exception>
using namespacestd;
class DivideError:public exception //E从exception类派生而来
{
public:
      const char* what() //必须实现虚函数,它在exception类中定义，
//函数原型是 virtual const char* what() const throw()
      {
           return "除数为0错误\n";
      }
};
double divide(doublex,double y) 
{
   if(y==0) throw DivideError(); //抛出异常
   else return x/y;
}
void main()
{
   double x,y;
   double res;
   try
      {
       cin>>x>>y;
       res=divide(x,y);
       cout<<res<<endl;
      }
      catch(DivideError& e)
      {
           cerr<<e.what();
      }
}

2. 对try与catch的说明

程序员应该把可能会出现异常的代码段放入try { }中,当try { }语句块中出现异常时，编译器将找相应的catch(Exception& e )来捕获异常。注意不管是用throw Exception()主动抛出异常还是在try{ }语句块中出现异常，此时异常类型必须与相应的catch(Exception& e)中异常类型一致，或者定义catch(…) { }语句块，这表明编译器在本函数中找不到异常处理，则到catch(…) { }中按照相应的代码去处理。如果这些都没有，编译器会返回上一级调用函数寻找匹配的catch，这样一级一级往上找，都找不到，则系统调用terminate，terminate调用abort()终止整个程序。

实例：

void func1()
{
   throw 1;
}
void func2()
{
   throw “helloworld”;
}
void func3()
{
    throwException();
}
void main()
{
   try
   {
      func1();
      func2();
      func3();
}
catch(int e) //捕获func1()中异常
{
   //To do Something
} 
catch(const char* str) //捕获func2()中异常
{
   //To do Something
} 
catch(Exception& e) //捕获func3()中异常
{
   //To do Something
} 
catch(…) //都不匹配则执行此处代码
{
  // To do Something 
}
}

3. 对throw的理解

(1) 当我们在自己定义的函数中抛出(throw)一个异常对象时，如果此异常对象在本函数定义，那么编译器会拷贝此对象到某个特定的区域。因为当此函数返回时，原本在该函数定义的对象空间将被释放，对象也就不存在了。编译器拷贝了对象，在其他函数使用catch语句时可以访问到该对象副本。如：

void func()
{
   Exception e;
   throw e; //当func()返回时，e就不存在了
}

(2) 尽量避免throw对象的指针，如下例：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
class Exception: public exception
{
public:
   constchar* what()
   {
          return "异常出现了\n";
   }
};
void func() 
{
thrownew E(); //抛出一个对象指针
}
void main()
{
try
   {
            func();
   }
   catch(E *p)
   {
         cerr<<p->what();
          int x,y;
         x=1;
         y=0;
         x=x/y; //出现新的异常
         deletep; //delete p得不到执行，此时申请对象的空间不会被释放，
   }
}

解决方案之一：

在程序中定义一个异常处理函数，如void handler(void);

并且在main函数中加入代码:

catch(…)
{
    handler();
}

所以我们在抛出异常时，推荐使用throw Exception(参数)，相应的catch(constException& e)，这样在抛出异常时，编译器会对没有看到具体名字的临时变量做出一些优化措施，同时在catch中也避免了无谓的对象拷贝。

（3）不要在析构函数中throw异常，如下例：

#include <iostream>
#include <exception>
#include <string>
using namespace std;
class E
{
public:
    E( ) {     }
   ~E ()
   {
         throw string("123");
   }
};
void main()
{
      try
      {
            Ee;
             throwstring("abc"); //此时抛出的异常会被下面的catch捕获
      }
      catch(string& s)
      {
            cout<<s<<endl; 
      }
 
} //对象e的生命周期结束，系统调用其析构函数释放空间，但却throw了异常，没有catch捕获，造成程序崩溃。

解决方案一：

增加一个异常处理函数

void handler()
{
   //To do Something
    abort( );
}

在main函数开始处加入代码：set_terminate(handler)，这样在main函数结束前，系统调用handler处理异常。

解决方案二：

有时我们要编写建立数据库连接的程序，此时我们定义一个Database类来管理我们的数据库，在Database类的析构函数中，我们通常希望将打开的数据库连接关闭，如果数据库关闭时出现异常，那么我们就需要处理。如下例：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
class Database
{
public:
    Database& CreateConn()
    {  
         //To do Something
          return*this;
    }
  ~Database()
  {
         if(isclosed)//数据库确实关闭
         {
               //Todo Something
         }
         else
         {
               try
                  {
                        close();
                  }
                  catch(...)
                  {
                        //做出处理，如写日志文件
                  }
      }
}
private:
      void close() //关闭连接
      {
    //To do Something
      }
   bool isclosed;
};
void main()
{
           Database db;
}

也就是说在析构函数中并不是抛出异常，取而代之的是处理异常。

（4）在构造函数中抛出异常

构造函数的主要作用是利用构造函数参数来初始化对象，如果此时给出的参数不合法，那么应该对其进行处理。我们信奉的原则是问题早发现，早解决。如下例：

#include <iostream>
#include <exception>
#include <string>
using namespace std;
const int max=1000;
class InputException: public exception
{
public:
      const char* what()
      {
                 return "输入错误!\n";
      }
};
class Point
{
private:
      int x,y;
public:
  Point(int _x,int _y)
  {
           if(_x<0|| _x>=max || _y<0 || _y>=max) throw InputException();
      else
        {
               x=_x;
                 y=_y;
            }
}
};
void main()
{
int x,y;
  cout<<"x=";
  cin>>x;
  cout<<"y=";
  cin>>y;
  try
  {
        Point p(x,y);
  }
  catch(InputException& e)
  {
        cerr<<e.what();
   }
}

4. 异常使用的成本

在没有异常被抛出的情况下，使用try{ }语句块，整体代码大约膨胀了5%~10%，执行的速度也大约下降这个数。和正常函数返回相比，抛出异常导致的函数返回，其速度可能比正常情况慢三个数量级，所以在程序中使用异常处理有利有弊。

四、 Java异常处理

1. try…catch…finally的使用

Java的异常处理与C++类似，try…catch子句与C++中的try…catch很相似，finally{ }表示无论是否出现异常，最终必须执行的语句块。

实例如下：

importjava.io.BufferedReader;
importjava.io.IOException;
importjava.io.InputStreamReader;
class Myclass
{
     publicstaticvoid main(String[]args) 
     {
        InputStreamReaderisr=new InputStreamReader(System.in);
       BufferedReader inputReader=new BufferedReader(isr);
       String line = null;
         try
         {
              line=inputReader.readLine();
         }
         catch(IOException e)
         {
              e.printStackTrace();
         }
         finally
         {
              System.out.print(line);
         }
     }
}

2. throw和throws的使用

这里的throw和C++中的throw是一样的，用于抛出异常，但Java的throw用在方法体内部，throws用在方法定义处，如下例：

void func() throws IOException
{
     thrownew IOException();
}

3. Java异常类图

java.lang.Object

---java.lang.Throwable

---java.lang.Exception

---java.lang.RuntimeException java.lang.Errorjava.lang.ThreadDeath

4. 异常处理的分类

（1）可检测异常

此类异常属于编译器强制捕获类，一旦抛出，那么抛出异常的方法必须使用catch捕获，不然编译器就会报错。如sqlException，它是一个可检测异常，当程序员连接到JDBC，不捕捉到这个异常，编译器就会报错。

（2）非检测异常

当产生此类异常时，编译器也能编译通过，但要靠程序员自己去捕获。如数组越界或除0异常等。Error类和RuntimeException类都属于非检测异常。