C++程序設(shè)計(jì)(第二版)第10章異常處理課件

第10章異常處理

程序設(shè)計(jì)不僅應(yīng)考慮程序的正確性，還要考慮程序的容錯(cuò)能力。在程序設(shè)計(jì)期間，要充分考慮程序運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的各種異常問(wèn)題，在出現(xiàn)各種異常情況時(shí)，程序應(yīng)有適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，不輕易出現(xiàn)死機(jī)，或退出系統(tǒng)，或發(fā)生數(shù)據(jù)丟失等災(zāi)難性后果，提高程序的健壯性。

C++提供了異常處理的機(jī)制。本章介紹異常的概念、C++的異常處理機(jī)制和方法。學(xué)習(xí)內(nèi)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(jī)制；3．掌握異常處理方法，學(xué)會(huì)處理程序中常見(jiàn)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(jī)制10.3異常處理實(shí)例補(bǔ)充10.1

異常的概念和異常處理的基本思想

程序的錯(cuò)誤通常包括：1.語(yǔ)法錯(cuò)誤。指程序的書(shū)寫(xiě)不符合語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，這類錯(cuò)誤可由編譯程序發(fā)現(xiàn)。2.邏輯錯(cuò)誤。指程序設(shè)計(jì)不當(dāng)造成程序沒(méi)有完成預(yù)期的功能，這類錯(cuò)誤通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)。3.運(yùn)行異常。指程序設(shè)計(jì)對(duì)程序運(yùn)行環(huán)境考慮不周全而造成的程序在運(yùn)行中異常終止，如：內(nèi)存空間不足、打開(kāi)不存在的文件進(jìn)行讀操作、程序執(zhí)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(yùn)行中的運(yùn)行異常是可以預(yù)料但不可避免的。對(duì)于運(yùn)行異常不能簡(jiǎn)單地退出整個(gè)程序，特別是對(duì)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(duì)運(yùn)行異常進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性處理。對(duì)運(yùn)行異常進(jìn)行預(yù)見(jiàn)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(jī)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(duì)于像構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)這類系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用，又沒(méi)有返回值的特殊函數(shù)，就沒(méi)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(gè)大型軟件中，由于函數(shù)之間有著明確的分工和復(fù)雜的調(diào)用關(guān)系，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的函數(shù)往往不具備處理錯(cuò)誤的能力。這時(shí)它就引發(fā)一個(gè)異常，希望由它的調(diào)用者能夠捕獲這個(gè)異常并處理這個(gè)錯(cuò)誤。如果調(diào)用者也不能處理這個(gè)錯(cuò)誤，還可以繼續(xù)傳遞給上級(jí)調(diào)用者去處理。這種傳播會(huì)一直繼續(xù)到異常被處理為止。如果程序始終沒(méi)有處理這個(gè)異常，最終它會(huì)被傳到C++運(yùn)行系統(tǒng)那里。運(yùn)行系統(tǒng)捕獲異常后通常只是簡(jiǎn)單地終止這個(gè)程序。

異常傳播方向

C++的異常處理機(jī)制使得異常的引發(fā)和處理不必在同一函數(shù)中，這樣底層的函數(shù)可以著重解決應(yīng)用問(wèn)題，而不必過(guò)多地考慮對(duì)異常的處理。上層調(diào)用者則在適當(dāng)?shù)奈恢冒才艑?duì)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(jī)制

C++提供了一種以結(jié)構(gòu)化的形式來(lái)描述異常處理過(guò)程的機(jī)制。該異常處理機(jī)制能夠把程序的正常處理和異常處理邏輯分開(kāi)表示，使得程序的異常處理結(jié)構(gòu)清晰。通過(guò)異常集中處理的方法，解決異常處理問(wèn)題。10.2異常處理機(jī)制

10.2.1異常處理的語(yǔ)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(yǔ)法

異常處理機(jī)制的主要思想是：程序在結(jié)構(gòu)上分為兩個(gè)區(qū)域：異常拋出區(qū)：把可能造成異常的操作放在異常拋出區(qū)的try語(yǔ)句塊中，如果try語(yǔ)句塊中的某個(gè)操作在執(zhí)行中產(chǎn)生了異常，則通過(guò)執(zhí)行一個(gè)throw語(yǔ)句拋出一個(gè)異常對(duì)象。異常處理區(qū)：拋出的對(duì)象將由異常處理區(qū)的catch語(yǔ)句來(lái)捕獲并處理。10.2.1異常處理的語(yǔ)法C++異常處理由try…throw…catch組成try語(yǔ)句塊語(yǔ)法如下：try{復(fù)合語(yǔ)句}throw()函數(shù)語(yǔ)法格式如下：throw(異常類型表達(dá)式)；catch語(yǔ)句格式如下：catch(異常類型聲明){

復(fù)合語(yǔ)句}…catch(異常類型聲明){

復(fù)合語(yǔ)句}一定要有”{}”10.2.1異常處理的語(yǔ)法其中：

1.異常類型可以是基本數(shù)據(jù)類型、構(gòu)造數(shù)據(jù)類型、還可以是類類型，類型名后可以帶變量(對(duì)象)名，這樣就像函數(shù)的參數(shù)傳遞一樣，可以將異常類型表達(dá)式的值傳入。

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

3.try和catch子句為復(fù)合語(yǔ)句，因此如果try和catch子句中只有一條語(yǔ)句，也必須用”{}”括起來(lái)。10.2.1異常處理的語(yǔ)法1.程序執(zhí)行到try異常拋出區(qū)，執(zhí)行try中的保護(hù)段代碼。

2.如果執(zhí)行保護(hù)段代碼沒(méi)有發(fā)生異常，就不執(zhí)行throw()語(yǔ)句，控制跳過(guò)其后異常處理區(qū)catch語(yǔ)句塊，執(zhí)行后續(xù)語(yǔ)句。異常處理的執(zhí)行過(guò)程如下：10.2.1異常處理的語(yǔ)法3.如果在執(zhí)行try保護(hù)段(包括直接或間接調(diào)用)期間引發(fā)異常，則通過(guò)throw創(chuàng)建一個(gè)異常對(duì)象，并拋出異常，進(jìn)入異常處理區(qū)。程序按catch出現(xiàn)的順序依次進(jìn)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(zhí)行。執(zhí)行結(jié)束，程序轉(zhuǎn)移到異常處理區(qū)的后續(xù)語(yǔ)句執(zhí)行。如果沒(méi)有找到類型匹配的catch，則繼續(xù)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(méi)有找到匹配的處理程序，則自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)terminate函數(shù)終止程序運(yùn)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(yīng)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(yǔ)法[例10-1]處理除零異常。異常處理區(qū)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(shù)的聲明中列出函數(shù)可能拋出的所有異常類型，稱為異常接口聲明。語(yǔ)法形式如下：

函數(shù)類型函數(shù)名(形參表)[throw([異常類型表])]；其中：

1.“異常類型表”中列出函數(shù)可以拋出的各種異常類型名。

2.當(dāng)函數(shù)聲明中沒(méi)有throw關(guān)鍵詞，表明函數(shù)可以拋出任何異常；

3.當(dāng)函數(shù)聲明中有throw關(guān)鍵詞，但沒(méi)有“異常類型表”時(shí)，表明函數(shù)不拋出任何異常；[例10-2]帶有異常接口聲明的函數(shù)。

10.2.3嵌套的異常處理

在一個(gè)帶異常處理的函數(shù)中調(diào)用另一個(gè)函數(shù)，而在另一個(gè)函數(shù)中產(chǎn)生異常。這樣通過(guò)函數(shù)嵌套調(diào)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(dāng)catch語(yǔ)句捕獲一個(gè)異常后，會(huì)出現(xiàn)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(jí)函數(shù)來(lái)處理。這時(shí)catch子句可以重新拋出（rethrow）該異常，把異常傳遞給函數(shù)調(diào)用鏈中更上級(jí)的另一個(gè)catch子句，由它進(jìn)行進(jìn)一步處理。10.2.4異常的重新拋出

重新拋出異常的語(yǔ)句是：

throw;

如例10-3中，resolution函數(shù)的B行，就是將異常再次拋出。注意：在使用throw重新拋出時(shí)，必須之前曾經(jīng)拋出過(guò)異常，否則會(huì)出錯(cuò)。另外重新拋出的throw只能是在catch語(yǔ)句或者是catch調(diào)用的函數(shù)中。10.3

異常處理實(shí)例

—數(shù)組下標(biāo)越界異常處理

C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了一個(gè)異?；恊xception。exception基類提供了what()虛函數(shù)，用戶可以使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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(shù)，以發(fā)出相應(yīng)的異常信息。異常類層次中有一個(gè)out_of_range邏輯異常，專門(mén)用來(lái)處理數(shù)組下標(biāo)越界。通過(guò)這個(gè)異常類能夠很好地解決數(shù)組下標(biāo)越界問(wèn)題。[例10-4]標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)異常類處理數(shù)組下標(biāo)越界異常。第10章異常處理謝謝補(bǔ)充：異常處理中的構(gòu)造與析構(gòu)

C++異常處理的真正能力，在于它具有為異常拋擲前構(gòu)造的所有局部對(duì)象自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)的能力。在程序中，找到一個(gè)匹配的catch異常處理后，如果catch子句的異常類型聲明是一個(gè)引用，則其初始化方式是使該引用指向異常對(duì)象。當(dāng)catch子句的異常類型聲明參數(shù)被初始化后，棧的展開(kāi)過(guò)程便開(kāi)始了。這包括將從對(duì)應(yīng)的try塊開(kāi)始到異常被拋擲處之間構(gòu)造的(且尚未析構(gòu))的所有自動(dòng)對(duì)象進(jìn)行析構(gòu)。析構(gòu)的順序與構(gòu)造的順序相反，然后程序從最后一個(gè)catch處理之后開(kāi)始恢復(fù)運(yùn)行。

C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了一個(gè)異常類層次結(jié)構(gòu)，用來(lái)報(bào)告C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的函數(shù)執(zhí)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(xiě)的程序中，或被進(jìn)一步派生來(lái)描述程序中的異常。

C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的異常類層次以exception作為基類。該基類提供了what()虛函數(shù)，在每個(gè)派生類中重定義，發(fā)出相應(yīng)的異常信息。補(bǔ)充：C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的異常處理

補(bǔ)充：C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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(rèn)構(gòu)造函數(shù)

exception(constexception&)throw();//復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

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

//復(fù)制賦值操作符

virtual~exception()throw();//析構(gòu)函數(shù)

virtualconstchar*what()constthrow();

//返回一個(gè)C風(fēng)格的字符串，目的是為拋出的異常提供文本描述

};}C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)異常類定義在四個(gè)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(jiàn)的異常類。

3)<new>頭文件中定義了bad-alloc異常類。當(dāng)new無(wú)法分配內(nèi)存時(shí)將拋出該異常類對(duì)象。

4)<type_info>頭文件中定義了bad_cast異常類。當(dāng)dynamic_cast失敗時(shí)將拋出該異常類對(duì)象。標(biāo)準(zhǔn)異常類之間的關(guān)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(bǔ)充：C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的異常處理

補(bǔ)充：

C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的異常處理C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的邏輯異常：invalid_argument異常，接收到一個(gè)無(wú)效的實(shí)參，拋出該異常。out_of_range異常，使用一個(gè)超出有效范圍的值，則拋出。length_error異常，報(bào)告試圖生成一個(gè)超出該類型最大長(zhǎng)度的對(duì)象。domain_error異常，用以報(bào)告域錯(cuò)誤。以上四個(gè)異常是由logic_error類派生的。C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的運(yùn)行異常：range_error異常，報(bào)告內(nèi)部計(jì)算中的范圍錯(cuò)誤。overflow_error異常，報(bào)告計(jì)算上溢錯(cuò)誤。underflow_error異常，報(bào)告計(jì)算下溢錯(cuò)誤。以上三個(gè)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(yùn)行結(jié)果：5/2=2exceptofdevidingzero.thatisok.[例10-2]帶有異常接口聲明的函數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;voidfun(intx)throw(int,char,double);//fun()函數(shù)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(yùn)行結(jié)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(dāng)a=0,b≠0,x=-c/b(10-1)x= (10-2)因此在求解過(guò)程中可能出現(xiàn)兩種異常：表達(dá)式(10-1)和(10-2)中除數(shù)為0以及表達(dá)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(yùn)行結(jié)果：Inputa,b,c123SqrtnegativateexceptionInputa,b,c003Divide0x1=-6.98351e-251,x2=2.87248e-313[例10-4］標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)異常類處理數(shù)組下標(biāo)越界異常#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>#include<stdexcept>usingnamespacestd;constintDefaultArraySize=10;template<typenameelemType>classArray{public: explicit