C、C++、Java语言中异常处理机制浅析
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。
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