C之異常處理PPT課件

1、第十五章 異常 Chapter 15 Exception 第1頁/共63頁異常是一種程序控制機制，與函數(shù)機制獨立和互補 函數(shù)是一種以棧結構展開的上下函數(shù)銜接的程序控制系統(tǒng),異常是另一種控制結構,它依附于棧結構,卻可以同時設置多個異常類型作為網(wǎng)捕條件,從而以類型匹配在棧機制中跳躍回饋.異常設計目的： 棧機制是一種高度節(jié)律性控制機制,面向?qū)ο缶幊虆s要求對象之間有方向、有目的的控制傳動,從一開始，異常就是沖著改變程序控制結構，以適應面向?qū)ο蟪绦蚋行У毓ぷ鬟@個主題，而不是僅為了進行錯誤處理。異常設計出來之后，卻發(fā)現(xiàn)在錯誤處理方面獲得了最大的好處第2頁/共63頁第十五章內(nèi)容第十五章內(nèi)容1.錯誤處理的復

2、雜性(Error Processing Complexity) 2. 使用異常(Using Exception) 3.捕捉異常(Catching Exception) 4. 異常申述(Exception Description) 5. 異常繼承體系(Exception Inheritance System) 6. 異常應用 (Exception Applications) 7. 非錯誤處理(Non-Error Processing)第3頁/共63頁15.1.1 錯誤種類 C+語言是按函數(shù)調(diào)用機制展開程序執(zhí)行的，一般對處理錯誤的編程有下列常規(guī)手段： 1.遇到錯誤，立即終止程序運行。如打不開文件，

3、或者讀不到所要求的數(shù)據(jù)，則只能終止運行：第4頁/共63頁 #include #include #include using namespace std; void fn() ifstream in(abc.txt); if(!in) couta; coutsqrt(a*1.0)n) if(a0) cout=size)下標溢出接受外來申請if(vi溢出) 說明資源不足應用模塊2應用模塊1向量模塊第10頁/共63頁15.1.3 調(diào)用鏈的牽制 函數(shù)是棧式管理的，從一個被調(diào)用的函數(shù)現(xiàn)場要把信息傳遞到相隔若干調(diào)用的主調(diào)函數(shù)，需要逐層退棧，一邊退棧，一邊通過函數(shù)返回值回饋，而且，每個函數(shù)都需要相應的接受判

4、斷以及接力傳遞的工作。如有一個簡單的系列文件處理程序，假定文件在打開前，要經(jīng)歷文件名確定和打開方式確定的工作，如圖15-2：第11頁/共63頁圖15-2 鏈式調(diào)用與出錯后跳躍返回主函數(shù)文件名處理打開方式處理打開輸入文件打開輸出文件出錯跳回第12頁/共63頁 #include #include using namespace std; void procFileName(string s); bool procOpenMode(string s); bool openIn(string s); bool openOut(string s); int main() procFileName(iab

5、c); procFileName(oabc); void procFileName(string s) for(char c=0; c=9; c+) string t = s + c + .txt; if(!procOpenMode(t) couterror opening tn; return; 第13頁/共63頁 bool procOpenMode(string s) if(s0=i & openIn(s) | s0=o & openOut(s) return true; return false; bool openIn(string s) ifstream in(s.c

6、_str(); if(!in) return false; for(string line; getline(in, line); coutlinen); return true; bool openOut(string s) fstream out(s.c_str(), ios:in|ios:out|ios:ate); if(!out) return false; couts+ is here.n; outs+ is ok.n; return true;第14頁/共63頁15.2 使用異常 異常是專門針對抽象編程中的一系列錯誤處理的，C+中不能借助函數(shù)機制，因為棧結構的本質(zhì)是先進后出，依次訪

7、問，無法進行跳躍，但錯誤處理的特征卻是遇到錯誤信息就想要轉(zhuǎn)到若干級之上進行重新嘗試，如圖：第15頁/共63頁v錯誤處理示意：放棄一棵子樹，循調(diào)用鏈跳到祖先函數(shù)發(fā)現(xiàn)錯誤處第16頁/共63頁 異常超脫于函數(shù)機制，決定了其對函數(shù)的跨越式回跳。第17頁/共63頁15.2.1 異常使用三部曲 1.框定異常(try 語句塊) 在祖先函數(shù)處，框定可能產(chǎn)生錯誤的語句序列，它是異常的根據(jù)，若不框定異常，則沒有異常。 2.定義異常處理(catch 語句塊) 將出現(xiàn)異常后的處理過程放在catch塊中，以便當異常被拋出，因類型匹配而捕捉時，就處理之。 3.拋擲異常(throw 語句) 在可能產(chǎn)生異常的語句中進行錯誤檢

8、測，有錯就拋擲異常 第18頁/共63頁19異常處理的實現(xiàn)機制 拋擲異常的程序段void Fun（）.throw 表達式;. 捕獲并處理異常的程序段try 復合語句catch（異常類型聲明） 復合語句catch（類型 （形參） 復合語句 第19頁/共63頁20例12-1處理除零異常#include#includeint Div(int x,int y);int Div(int x,int y);int main()int main() trytry cout5/2=Div(5,2)endl; cout5/2=Div(5,2)endl; cout8/0=Div(8,0)endl; cout8/0=

9、Div(8,0)endl; cout7/1=Div(7,1)endl; cout7/1=Div(7,1)endl; catch(int) catch(int) coutexcept of deviding zero.n; coutexcept of deviding zero.n; coutthat is ok.n;coutthat is ok.n; int Div(int x,int y)int Div(int x,int y) if(y=0) throw y;if(y=0) throw y;return x/y;return x/y; 程序運行結果如下：5/2=25/2=2except o

10、f deviding zero.except of deviding zero.that is ok.that is ok.第20頁/共63頁 前兩個步驟是一個函數(shù)中定義的，而拋擲異常則可以跨函數(shù)使用。 當直接在try語句塊中使用時，異常處理退化為一般的錯誤處理模式。 在try語句塊中，會有一些語句調(diào)用了其他函數(shù)，它們之間則構成一個調(diào)用鏈，在調(diào)用鏈中的某一個結點上，如果出現(xiàn)拋擲語句，則便是一般意義上的異常了。第21頁/共63頁22異常處理的基本思想函數(shù)f()捕獲并處理異常函數(shù)h() 引發(fā)異常函數(shù)g()調(diào)用者異常傳播方向調(diào)用關系第22頁/共63頁23異常處理的實現(xiàn)機制（續(xù)） 1 若有異常則通過t

11、hrow操作創(chuàng)建一個異常對象并拋擲。 2 將可能拋出異常的程序段嵌在try塊之中?？刂仆ㄟ^正常的順序執(zhí)行到達try語句，然后執(zhí)行try塊內(nèi)的保護段。 3 如果在保護段執(zhí)行期間沒有引起異常，那么跟在try塊后的catch子句就不執(zhí)行。程序從try塊后跟隨的最后一個catch子句后面的語句繼續(xù)執(zhí)行下去。 4 catch子句按其在try塊后出現(xiàn)的順序被檢查。匹配的catch子句將捕獲并處理異常（或繼續(xù)拋擲異常）。 5 如果匹配的處理器未找到，則運行函數(shù)terminate將被自動調(diào)用，其缺省功能是調(diào)用abort終止程序。第23頁/共63頁24異常接口聲明 可以在函數(shù)的聲明中列出這個函數(shù)可能拋擲的所有異

12、常類型。 例如：void fun() throw(A，B，C，D); 若無異常接口聲明，則此函數(shù)可以拋擲任何類型的異常。 不拋擲任何類型異常的函數(shù)聲明如下：void fun() throw();第24頁/共63頁25異常處理中的構造與析構 找到一個匹配的catch異常處理后 初始化參數(shù)。 將從對應的try塊開始到異常被拋擲處之間構造（且尚未析構）的所有自動對象進行析構。 從最后一個catch處理之后開始恢復執(zhí)行。第25頁/共63頁26例12-2 異常處理時的析構#include void MyFunc( void );class Expt public: Expt(); Expt(); con

13、st char *ShowReason() const return Expt類異常。; ;void MyFunc() Demo D; cout在MyFunc()中拋擲Expt類異常。endl; throw Expt();class Demo public: Demo(); Demo();Demo:Demo() cout構造 Demo.endl;Demo:Demo() cout析構 Demo.endl;第26頁/共63頁int main() cout在main函數(shù)中。endl; try cout在try塊中，調(diào)用MyFunc()。 endl; MyFunc(); catch( Expt E )

14、 cout在catch異常處理程序中。endl; cout捕獲到Expt類型異常：; coutE.ShowReason()endl; catch( char *str ) cout捕獲到其他的異常：strendl; cout回到main函數(shù)。從這里恢復執(zhí)行。 endl; return 0;27第27頁/共63頁程序運行時輸出:在main函數(shù)中。在try塊中，調(diào)用MyFunc()。構造 Demo.在MyFunc()中拋擲Expt類異常。析構 Demo.在catch異常處理程序中。捕獲到Expt類型異常：Expt類異常。回到main函數(shù)。從這里恢復執(zhí)行。28第28頁/共63頁15.2.2 退化為普

15、通錯誤處理 如下面的程序是退化為普通錯誤處理的異常方式：第29頁/共63頁 #include #include using namespace std; int main(int argc, char* argv) ifstream in(argv1); try if(!in) throw string(argv1); catch(string s) couts+ File Opening Error.n; return 1; for(string s; getline(in, s); coutsendl ); 第30頁/共63頁 在這種簡單應用的場合，沒必要使用異常，可以用下列代碼替代： i

16、f(!in) cout“Error Opening File”argv1“n”; return 1; for(string s; getline(in, s); coutsendl );第31頁/共63頁15.2.3 跨越函數(shù)的異常處理 在中，是在出現(xiàn)錯誤時，從出現(xiàn)錯誤處到處理錯誤處，沿著函數(shù)調(diào)用的足跡，一步步往上返回，幾經(jīng)周折后，出錯信息早已丟失，剩下的只有出錯狀態(tài)，程序改寫為異常處理方式處理，就可以實現(xiàn)跨函數(shù)的大跳轉(zhuǎn)了：第32頁/共63頁 #include #include using namespace std; void procFileName(string s); void pro

17、cOpenMode(string s); void openIn(string s); void openOut(string s); int main() procFileName(iabc); procFileName(oabc); void procFileName(string s) try for(char c=0; c=9; c+) procOpenMode(s + c+.txt); catch(string s) couterror opening s not existed.n;第33頁/共63頁 void procOpenMode(string s) if(s0=i) ope

18、nIn(s); else openOut(s); void openIn(string s) ifstream in(s.c_str(); if(!in) throw s+ inFile; for(string line; getline(in, line); coutlinen); void openOut(string s) fstream out(s.c_str(),ios:in|ios:out|ios:ate); if(!out) throw s+string( outFile); outs+ outFile is ok.n; couts+ is here.n;第34頁/共63頁15.

19、3.1 類型匹配 try語句中，涉及到類的，本質(zhì)上都是函數(shù)調(diào)用。 throw A() 異常機制與函數(shù)機制正交（互不干涉），但捕捉的方式是基于類型匹配。捕捉相當于函數(shù)返回類型的匹配，而不是函數(shù)參數(shù)的匹配，所以捕捉不用考慮一個拋擲中的多種數(shù)據(jù)類型匹配問題，如：第35頁/共63頁 #include using namespace std; class A; class B; int main() try int j=0; double d=2.3; char str20=Hello; couta; switch(a) case 1: throw d; case 2: throw j; case 3:

20、 throw str; case 4: throw A(); case 5: throw B(); default: coutNo throws here.n; 第36頁/共63頁 catch(int) coutint exception.n; catch(double) coutdouble exception.n; catch(char*) coutchar* exception.n; catch(A) coutclass A exception.n; catch(B) coutclass B exception.n; coutThats ok.n; /=第37頁/共63頁 catch代碼

21、塊必須出現(xiàn)在try后，并且在try塊后可以出現(xiàn)多個catch代碼塊，以捕捉各種不同類型的拋擲。 異常機制是基于這樣的原理：程序運行實質(zhì)上是數(shù)據(jù)實體在做一些操作，因此發(fā)生異?，F(xiàn)象的地方，一定是某個實體出了差錯，該實體所對應的數(shù)據(jù)類型便作為拋擲和捕捉的依據(jù)。第38頁/共63頁 拋擲的實體已經(jīng)存在，不需要通過類型轉(zhuǎn)換來創(chuàng)建一個臨時實體，實參與形參也不能用相容類型提升這一規(guī)則。另一方面，捕捉處理并不一定需要實參傳遞。第39頁/共63頁u 異常捕捉的類型匹配之苛刻程度可以和模板的類型匹配媲美,它不允許相容類型的隱式轉(zhuǎn)換,比如,拋擲char類型用int型就捕捉不到例如下列代碼不會輸出“int except

22、ion.”，從而也不會輸出“Thats ok.” 因為出現(xiàn)異常后提示退出int main()int main() try try throwthrow H; catchcatch(intint) coutint exception.n; coutThats ok.n;第40頁/共63頁15.3.2 撒網(wǎng)捕捉 程序中可以設置一道道捕捉的關卡，如果拋擲的異常，循著調(diào)用鏈往上，在最近的捕捉關卡未被捉住，則還會被更上端的捕捉關卡追捕，直逼到系統(tǒng)的最后一道防線, terminate.第41頁/共63頁15.4.1 申述異常 異常拋擲后總是沿著函數(shù)調(diào)用鏈往上，直到被某個函數(shù)捉住，因此，異常拋擲、捕捉以及處

23、理都依附于函數(shù)，函數(shù)承載著異常。 上下游函數(shù)的聯(lián)系，可以通過異常申述來獲得，異常申述就是在函數(shù)聲明和函數(shù)定義的頭部加上可能拋擲的異常集合，如：第42頁/共63頁異常申述示例 void f() throw(A,B); void g(); void h() throw(); 說明f函數(shù)可能會拋擲出A和B類的異常，g函數(shù)內(nèi)可能會拋擲出任何類型的異常，h函數(shù)內(nèi)不會拋擲出任何異常。 如果h函數(shù)拋出異?；蛘遞函數(shù)拋擲出非A或非B類的異常，這是沒有預料到的，稱其為未料到異常。第43頁/共63頁 異常申述是一種對設計的描述，從而給程序員一個編程的參照，所以應作為界面，而放在函數(shù)聲明中，并通過頭文件的形式，擴散

24、到程序員那里。 其次，要使用異常申述，函數(shù)聲明和函數(shù)定義中的異常申述必須保持一致，否則無法一一對應。第44頁/共63頁沒有申述的函數(shù)，默認為任何拋擲都可穿透該函數(shù)聲明：class A;class B;void f1()throw(A,B);void f2();void f3()throw();-對于函數(shù)g中的調(diào)用，可能捕捉到函數(shù)f1的和函數(shù)f2的異常拋擲 ， 但 捕 捉 不 到 函 數(shù)f3中的任何拋擲VC中可以注：同一個函數(shù)，其聲明與定義中的申述應一致class A;class B;void f1()throw(A,B) if(.) throw A（）;void f2() if(.) thro

25、w B（）;void f3()throw() if(.) throw A（）;void g() try f1(); f2(); f3(); catch(A) cout“exception in An”; catch(B) cout“exception in Bn”; 第45頁/共63頁15.4.2 捉不住處理 如果代碼中沒有徹底捕捉的異常處理，則對于拋擲的異常，有可能發(fā)生捕捉不住的情況。如向量的下標溢出時，系統(tǒng)會拋擲一個runtime_error異常，但許多程序都不屑一捕，因為程序都調(diào)通了，邏輯可靠，不會出現(xiàn)下標溢出的錯誤了。這類異常只能被系統(tǒng)默認的“強制捕捉器” terminate 捕捉了。

26、 Terminate是系統(tǒng)資源，默認操作是系統(tǒng)的abort函數(shù)，從而無條件地終止程序的執(zhí)行。第46頁/共63頁 另外，未料到異常，如果不去理它，被系統(tǒng)截獲后會轉(zhuǎn)而執(zhí)行unexpected函數(shù)，而unexpected函數(shù)的默認行為是執(zhí)行terminate函數(shù)。如：第47頁/共63頁捉不住處理：拋擲而無布網(wǎng)捕捉的異常將直逼系統(tǒng)的最后一道防線void f() if(.) throw A;void g() try f(); catch(B) cout“exception Bn”; int main() g();throw A將穿透函數(shù)f，g和main，抵達系統(tǒng)的最后一道防線激發(fā)terminate函數(shù)該

27、函數(shù)調(diào)用引起運行終止的abort函數(shù)最后一道防線的函數(shù)可以由程序員設置從而規(guī)定其終止前的行為第48頁/共63頁u可以通過set_terminate函數(shù)修改捕捉不住異常的默認處理器，從而使得發(fā)生捉不住異常時，被自定義函數(shù)處理：u void myTerminate()cout“HereIsMyTerminaten”;u set_terminate(myTerminate);u set_terminate函數(shù)在頭文件exception中聲明，參數(shù)為函數(shù)指針void(*)().第49頁/共63頁第50頁/共63頁15.6.1 構造函數(shù)的錯誤處理 構造函數(shù)正象一個封閉的模塊，輸出狀態(tài)是一個新創(chuàng)對象任何創(chuàng)

28、建過程中的錯誤（例如，動態(tài)內(nèi)存申請失敗等）都會導致模板的出乎意料這時候的狀態(tài)是不能接續(xù)后繼操作的，如：捆綁對象的操作因為沒有對象而招致失敗如果敢于正常返回，則又招致荒謬的結果如：第51頁/共63頁class Date int year, month, day; void init(int y, int m, int d) if(y1|m12|d31) return; /? public: Date(int y=2000, int m=1, int d=1) :year(y),month(m),day(d) init(); void print() coutyear“-”month“-” day

29、“n”; ;int main() Date ad(2000,13,1); ad.print(); / 荒謬:月份為13第52頁/共63頁異常操作應該恢復到對類對象進行創(chuàng)建和使用以前的狀態(tài)void f() Date(2000,13,1); ad.print();int main() try f(); /其他操作 catch(out_of_range) cout“對象創(chuàng)建失敗,改換門庭”; class Date int year, month, day; void init(int y, int m, int d) if(y1|m12|d31) throw out_of_range; public

30、: Date(int y=2000, int m=1, int d=1) :year(y),month(m),day(d) init(); void print() coutyear“-”month“-” day“n”; ;第53頁/共63頁 構造函數(shù)沒有返回類型，無法通過返回值來報告運行狀態(tài)，所以只通過一種非函數(shù)機制的途徑，即異常機制，來解決構造函數(shù)的出錯問題。第54頁/共63頁15.7.1 另一種循環(huán)控制法 多重循環(huán)控制中，當某個條件滿足時，需要立刻退出所有循環(huán)體時，一般用goto語句反而比較現(xiàn)實否則一重一重地退，編程復雜，性能也連累這是在一個函數(shù)中時的做法 在一個循環(huán)中，遇到一個，當某個

31、條件滿足時，需要立刻退出函數(shù)函數(shù)調(diào)用鏈調(diào)用鏈所在的循環(huán)時，就不能用goto語句，因為不在同一個函數(shù)中此時，程序員渴望函數(shù)能奇跡般地跳躍用異?？刂平Y構便能滿足編程要求如圖：第55頁/共63頁圖15-6 另一種控制結構 throw catch try第56頁/共63頁 不能說異常發(fā)生一定是一種錯誤，它已經(jīng)成為了一種有效的控制手段。 異常并非一定是針對錯誤時刻處理。第57頁/共63頁15.7.2 遞歸控制法u遞歸函數(shù)本身就是一個深不可測的調(diào)用鏈，要立刻從調(diào)用鏈中徹底退出，若走函數(shù)控制這條線，那么，必須逐個進行函數(shù)返回u而異常控制可以實現(xiàn)瞬間跳躍u如求解”n皇后問題”，代碼如下：第58頁/共63頁 #include #include #inclu