C++程序设计第十五章异常

1、C+程序设计第15章异常程序中经常要检查处理各种错误情形，如果用传统的流程控制语句来处理，很容易使程序逻辑混乱。异常(exception)就是一种专门用于检测错误并处理的一种机制，使程序保持逻辑清晰，并改进程序的可靠性。C+语言提供了基本的异常处理机制。本章主要介绍异常的概念、语句、异常类型架构及应用。可靠的编程应尽可能地、及时地检测到各种异常情形，尽可能在本地处理。尽管有时自己不能处理，也应该向调用方提供详细的出错信息，使调用方能得到充分信息，从而采取合适方式来处理异常。15.1异常的概念异常是什么概念？异常就是在程序运行中发生的难以预料的、不正常的事件而导致偏离正常流程的现象。例如：访问数

2、组元素的下标越界，在越界时又写入了数据；用new动态申请内存而返回空指针(可能是因内存不足)；算术运算上溢出或下溢出；整数除法中除数为0；调用函数时提供了无效实参，如指针实参为空指针(如用空指针来调用strlen函数);通过挂空指针或挂空引用来访问对象；输入整数或浮点数失败；I/O错误，等等。上面列出的情形之一如果发生，就可能导致运行错误而终止程序。发生异常将导致正常流程不能进行，就需要对异常进行处理。那么异常处理是什么概念？异常处理(exceptionhandling)就是在运行时刻对异常进行检测、捕获、提示、传递等过程。如果采用传统的if-else语句来检测处理所有可能发生的异常,很容易导

3、致程序流程混乱,分不清正常流程与异常处理，而且在处理一个异常时往往又引入了新的异常。假设要设计一个函数，从一个文本文件中读取数据得到一个float矩阵。该文件应存放一个m*n的float矩阵，头两个整数说明其行数m和列数n。你要把它读入并创建一个矩阵对象，以备下一步计算。如果你认为文本文件不会有错，完全按正常编程，不超过10条语句就能完成。如果这个文本文件是别人提供的，而且你的函数将提供给其它人使用，那么你在每一步都要考虑可能出现的错误，此时就可能需要30条语句来处理。例如，可能的出错情形如下：打开文件出错，文件名可能有误；读取行数m或者列数n可能出错；读取每个元素时都可能出错；矩阵数据可能不

4、完整，也会出错。如果你用传统方式来判断处理以上这些问题，就会发现正常的流程被淹没在多种异常判断处理之中。此时就需要有一种统一的机制能将正常流程与异常处理分开描述，而保持程序逻辑清晰可读，同时各种异常情形能被集中处理。C+提供了引发异常语句throw和捕获处理异常语句try-catch。它们构成了一种特殊的流程控制。用throw引发的每个异常都可以描述为一个对象或一个值。在程序中，每一种异常都可以描述为一种类型，可能是自定义的类，也可能是简单的整数或字符串。在比较完善的编程中，经常用不同的类来描述不同的异常，建立一个异常类型的继承结构，以方便对异常类型的管理和重用。一个函数中当检测到某种异常发生

5、，但自己往往不知道应该如何处理，此时就应该通知调用方知道发生了什么异常。处理异常的一般方式是：在一个函数中发现一个错误但不能处理，就用throw语句引发一个异常，希望它的（直接或间接）调用方能够捕获并处理这个异常。函数的调用方如果能解决该异常，就可使用try-catch语句来捕获并处理这种异常。如果调用方不能捕获处理该异常，异常就被传递到它自己的调用方，最后到达main函数。异常的发生、传递与处理的过程与函数调用堆栈相关。如图15.1所示。main函数中调用f函数，f函数再调用g函数。如果g函数执行return就正常返回到f。如果f执行到return就正常返回到main。这是正常流程。如果g函

6、数在运行时因检测到某种错误而用throw语句引发一个异常，而自己也没有捕获处理，此时该异常就被传递到f的调用方g函数，而且g函数执行终止（注意，不是返回）。对于f来说就是g函数调用发生异常。此时如果f函数没有捕获该异常，那么异常又被传递到它的调用方main函数，此时f函数执行终止。同理，此时如果main也没有捕获该异常，那么程序就必须终止。此时系统可能会跳出一个对话框告知你发生了运行错误。在发生异常、传递异常的过程中，如果有一个函数用try-catch捕获了该异常，就不会导致程序终止。在运行时刻，一个异常只能被捕获一次。假设f函数捕获了这个异常，那么对于它的调用方main函数来说，就等于没有发

7、生异常。异常编程的目的是改善程序的可靠性。在大型复杂程序中，完全不发生异常几乎不可能，用传统的if-else语句来检查所有可能的异常情形，也有很大困难。编程正确性总是依赖某些假设成立为前提，异常编程就是要分析识别这些假设不成立的情形，采用面向对象编程技术建立各种异常类型并形成继承性架构，以处理程序中可能发生的各类异常。15.异2常类型的架构C+的异常类型可以是任何类型，既可以是基本类型，如int整数、char*字符串，也可以是自定义类型。在比较规范的编程中，往往不能将基本类型作为异常类型。这是因为基本类型所能表示的异常种类有限。例如在一个程序中int类型只能表示一种异常情形，如果在不同函数中多

8、处引发不同语义的int异常，就很难区别不同int值的含义。可能表示访问数组的下标越界，也可能表示打开文件不成功。在比较规范的编程中往往根据各种错误情形，利用类的继承性建立一个异常类型的架构，作用如下：对所处理的各种错误情形进行准确描述、抽象和归类。方便扩展新的异常类型。在编程中方便选取引发正确的异常类型，也方便按类型来捕获处理异常。图15.2是定义在exception和vstdexcept中的一个异常类型架构。在头文件exception中定义了基类exception和一组函数，在vstdexcept中定义了一组派生类，表示各类具体的异常。标准模板库STL中的部分函数就利用了这个架构。下面简单介

9、绍各种异常类型。类exception是所有异常类的基类，其公共成员如下：classexceptionpublic:exception()throw();/缺省构造函数exception(constexception&rhs)throw();/拷贝构造函数exception&operator=(constexception&rhs)throw();/赋值操作函数virtualexception()throw();/虚析构函数virtualconstchar*what()constthrow();/虚函数;注意到每个函数原型末尾都有“throw()”，称为函数的异常规范(exception-spe

10、cification)，括号中为空说明该函数中不会引发任何异常出来。如果一个函数在执行时可能引发某种异常类型，就应该在“thow(异常类型表)”中说明，以告知调用方。每个异常对象都至少包含一个字符串，来说明异常发生的原因或出错性质，称为出错信息。因此大多派生异常类都提供含字符串形参的构造函数。例如：classinvalid_argument:publiclogic_errorpublic:invalid_argument(conststring&what_arg);/构造函数;一般地，派生类继承基类的虚函数what(),返回出错信息。如果需要的话，派生类可以改写这个虚函数，以提供更多信息。类l

11、ogic_error表示逻辑错误的异常类型，此类错误是在特定代码执行之前就违背了某些前置条件，例如，数据越界out_of_range，函数调用实参无效invalid_argument等，也包括特定领域相关的错误domain_error。读者可自行扩展新类型。例如，访问数据的下标越界可作为out_of_range的派生类。一些逻辑错误意味着编程有误，一般通过改进编程能避免。类runtime_error表示运行期错误，在程序执行期间才能检测的错误。例如算术运算可能导致上溢出overflow_error、下溢出underflow_error、数值越界range_error等。读者可自行扩展新的类型，

12、如空指针错误可作为runtime_error的派生类。一些运行期错误有一定偶然性，与执行环境有关，如内存不足、打开文件失败等，此类错误并不能通过改进自身编程来消除。一个异常类所包含的信息越多，对于此类错误的检测和处理就越有利。例如，要说明下标越界错误，就应该说明该下标的当前值是多少，可能的话，还应说明合理的下标范围。这需要添加新的数据成员以及相应的成员函数。例如：classIndex_out_of_range:publicout_of_rangeconstintindex;public:Index_out_of_range(intindex1,conststring&what_arg):ind

13、ex(index1),out_of_range(what_arg)intgetIndex()constreturnindex;再如，要说明读取文件到特定位置时发生数据错误，就应该说明文件名、出错位置、所读到的数据等信息。后面将详细介绍这些派生类的设计。大多数异常派生类都很简短，关键是对异常的识别和命名。C+异常分为两类：有命名的和未命名的。有命名的异常是有类型的，基本类型(如int)或字符串(char*)或自定义类型。未命名的异常是在运行时刻某种底层错误引起的，例如，整数相除时除数为0，通过挂空指针或挂空引用来访问对象，破坏当前函数的堆栈使函数返回到错误地址等。未命名异常虽然也能被捕获，但不能

14、提供确切的出错信息。建立异常类型架构本质上就是对各种异常情形的识别与命名，对于异常处理具有重要作用。15.3异常处理语句C+语言的异常处理语句包括引发异常语句throw和捕获处理语句try-catch。语句引发异常语句的语法格式为：throw表达式;其中，关键字throw表示要引发一个异常到当前作用域之外。表达式值的类型作为异常事件的类型，并将表达式的值传给捕获处理该类型异常的程序。表达式的值可能是一个基本类型的值，也可能是一个对象。如果要引发一个对象，对象类应该事先设计好。一个类表示了一种异常事件，应描述该类异常发生的原因、语境以及可能的处理方法等。如果在一个函数编程中发现了自己不能处理的错

15、误情形，就可使用throw语句引发一个异常，将它引发到当前作用域之外。如果当前作用域是一个函数，就将异常传递给函数的调用方，让调用方来处理。throw与return相似，表达式也相似，都会中止后面代码的执行。throw语句执行将控制流转到异常捕获语句处理。这将导致throw语句下面相邻语句不能执行，而且会自动回收当前作用域中的局部变量。例如：throwindex;/弓I发一个int异常，index是一个int变量throwindexoutofrange;/弓I发一个constchar*异常throwinvalid_argument(denominatoriszero);/弓发invalid_a

16、rgument异常最后一个throw语句执行过程是，先创建一个invalid_argument对象，然后再将该对象弓发到当前作用域之外。throw与return的含义不同。一个函数的返回值表示正常执行的结果，要作为显式说明的函数规范。throw语句虽然也能终止当前函数的执行，但表示不正常的执行结果。一个函数只有一种返回类型，但可能弓发多种类型的异常。为了说明一个函数可能引发哪些类型的异常，可用异常规范(exceptionspecification)来说明，就是“throw(异常类型表)”。例如下面是一个求商函数：doublequotient(intnumrator,intdenominator

17、)throw(invalid_argument)if(denominator=0)throwinvalid_argument(denominatoriszero);returndouble(numrator)/denominator;该函数的第一个形参除以第二个形参，返回商作为结果。该函数的原型中包含了异常规范：throw(invalidargument)，说明该函数的调用可能引发invalid_argument异常。函数体中检查第二个形参(即除数)，如果除数为0，就弓发该异常。尽管异常规范目前还起不到语法检验的作用，但起码能告知函数的调用方注意捕获哪些类型的异常，而不是仅仅等待函数的返回值。

18、异常对函数设计具有重要作用。传统的C函数设计不用异常。如果函数有多种结果，返回类型只能有一个，就要添加形参来表示其它结果。添加的形参往往是指针类型，在调用时要提供变量地址作为实参，在调用返回之后再判断得到什么结果。例如，一个求商函数可能设计如下：doublequotient(intnumrator,intdenominator,int*isValid)if(denominator=0)*isValid=0;/用0表示无效除数return0;*isValid=1;/用1表示有效除数returndouble(numrator)/denominator;上面函数中商作为返回值，添加了一个引用形参来表

19、示除数是否有效。另一种可行的C函数设计是返回一个int值，0表示无效除数，1表示有效除数，而将商作为形参，如下所示：intquotient(intnumrator,intdenominator,double*result)if(denominator=0)return0;*result=double(numrator)/denominator;return1;可以看出，传统的C函数设计把除数为0作为一种特殊情形，用if语句加以判断处理,需要更多的函数形参，导致函数定义复杂化。另一方面，调用方在调用函数返回之后，就要立即用一个if语句来判断返回值是否为1,如为1,商才有效，如不为1,商无效。这对

20、调用方有一种强迫性，必须立即做出判断，这将导致程序逻辑复杂化，而且难以清晰表达正常流程。异常是C+提供的一种新概念，表示了偏离正常流程的小概率事件。异常不应该使正常流程的描述复杂化，也不应该让调用方忽视可能发生的异常。调用方可以选择在适当的地方集中捕获处理多种异常，就要用到try-catch语句。使用throw语句，应注意以下要点：根据当前异常情形，应选择更准确、更具体的异常类型来引发，而避免引发抽象的类型。例如，如果在new申请内存之后，如果发现返回空指针，此时应引发OutOfMemory类型的异常，而不是NullPointer异常，也不是更抽象的runtime_error或者excepti

21、on。准确具体的异常信息对于调用方的处理非常重要，否则就可能导致误解。如果一个函数中使用throw语句引发异常到函数之外，应该在函数原型中用异常规范准确描述，即“throw(异常类型表)”，使调用方知道可能引发的异常类型，提醒调用方不要忽视。虽然throw语句可以在函数中任何地方执行，但应尽可能避免在构造函数、析构函数中使用throw语句，因为这将导致对象的构建和撤销过程中出现底层内存错误，可能会导致程序在捕获到异常之前就被终止。后面15.8节将分析其原因。一般来说，异常发生总是有条件的，往往在一条if语句检测到某个假设条件不成立时,才用throw语句引发异常，以阻止下面代码执行。在一个函数中

22、无条件引发异常，只有一个理由，就是不想让其它函数调用，例如，一些实体类的拷贝构造函数和赋值操作函数如果不想被调用，就将这些函数设为私有，同时用一条throw语句避免本类其它函数执行。千万不要认为，只要我的编程中没有throw语句就不会引发异常，没有异常就是可靠的。你可以暂时忽略异常，但当假设条件不满足，异常总会发生。当异常发生时你就不知道在何处出现异常，也不知道什么原因导致异常，更不知道如何处理能使程序继续执行。语句捕获处理异常的语句是try-catch语句，一条try-catch语句由一个try子句(一条复合语句)和多个catch子句组成。一个catch子句包括一个异常类型及变量和一个异常处

23、理器(一条复合语句)。语法格式如下：try可能引发异常的语句序列；/受保护代码catch(异常类型1异常变量1)处理代码1；/异常处理器1catch(异常类型2异常变量2)处理代码2；/异常处理器2.catch(.)处理代码；/异常处理器其中，关键字try之后的一个复合语句称为try子句。这个复合语句中的代码被称为受保护代码，包含多条语句。受保护代码描述正常的执行流程，但这些语句的执行却可能引发异常。如果执行没有发生异常，try-catch语句就正常结束，开始执行其下面语句。如果引发了某种类型的异常，就按catch子句顺序逐个匹配异常类型，捕获并处理该异常。如果异常被捕获，而且处理过程中未引发

24、新的异常，try-catch语句就正常结束。如果异常未被捕获，该异常就被引发到外层作用域。图15.3表示了try-catch语句的组成结构。图语句的组成结构一条语句执行引发异常，有以下3种可能的原因：1、该语句是throw语句。2、调用函数引发了异常。3、表达式执行引发了未命名的异常，如整数除数为0、挂空访问等例如下面try-catch语句，调用了前面介绍的求商函数quotient。tryTOC o 1-5 h zresult=quotient(n1,n2);/AcoutThequotientisresult;/B/.catch(invalid_argumentex)/Ccoutinvalid

25、_argument:ex.what();/DA行调用quotient函数，如果没有引发异常，就执行B行，然后try-catch语句就执行完毕。如果A行引发了某种异常，B行就不执行，从C行开始匹配异常类型，因为A行函数调用可能引发的异常类型正式catch子句要捕获的异常类型invalid_argument,故此该异常对象就替代了ex形参，之后再执行后面的一个复合语句，D行调用异常对象ex的成员函数得到错误信息，然后打印出来。try-catch语句执行完毕。无论是否发生异常，这个try-catch语句都能执行完毕，下面语句都能执行。异常是按其类型进行捕获处理的。一个catch子句仅捕获一类异常。一

26、个catch子句由一个异常类型及变量和一个异常处理器(一条复合语句)构成。异常类型及变量指明要捕获的异常的类型，以及接受异常对象的变量。例如catch(invalid_argumentex),要捕获的异常类型为invalid_argument,如果真的捕获到该类异常，那么变量ex就持有这个异常对象，这个对象就是前面用throw语句引发出来的。有一种特殊的catch子句，就是catch(.),该子句能匹配任何类型的异常，包括未命名的异常，不过异常对象或值不能被变量捕获，故此不能提供确切的错误信息。在多个catch子句中，这种catch子句应该排在最后。在执行try子句中的受保护代码时，如果引发一

27、个异常，系统就到catch子句中寻找处理该异常类型的入口。这种寻找过程称为异常类型匹配。按如下步骤进行：由throw语句引发异常事件之后，系统依次检查catch子句以寻找相匹配的处理异常事件入口。如果某个catch子句的异常类型说明与被引发出来的异常事件类型相一致，该异常就被捕获，然后执行该子句的异常处理器代码。如果有多个catch子句的异常类型相匹配，按照前后次序只执行第一个匹配的异常处理代码。因此较具体的派生类异常应该在匹配在前，以提供最具体详细的信息，而较抽象的基类异常应该排在后面。若没有找到任何相匹配的catch子句，该异常就被传递到外层作用域。如果外层作用域是函数，就传递到函数的调用

28、方。一个异常的生命期从创建、初始化之后，被throw引发出来，然后被某个catch子句捕获，其生命期就结束了。一个异常从引发出来到被捕获，可能穿越多层作用域或函数调用。如果到main函数都未被捕获，将导致程序被迫终止。从图15.3中可以看出，try-catch语句的执行结果有两个：正常和异常。表15.1分析了try-catch语句的4种具体情形。表语句执行结果序号结果具体情形1正常完毕受保护代码未引发异常2正常完毕受保护代码引发了异常，但异常被某个catch子句捕获3异常退出受保护代码引发了异常，但未被catch子句捕获4异常退出受保护代码引发了异常，而且被某个catch子句捕获，但在异常处理

29、器中又引发了新的异常，或者用“throw;”语句把刚捕获的异常又重新引发出来分析下面try-catch语句的可能结果：tryresult=quotient(n1,n2);coutThequotientisresult;/.catch(invalid_argumentex)coutinvalid_argument:ex.what();catch(logic_errorex)coutlogic_error:ex.what();catch(exceptionex)coutexception:ex.what();catch(.)coutsomeunexpectedexception;上面try子句中调

30、用了可能引发异常的函数quotient。这个try语句包含了4个catch子句，这4个catch子句的次序是较具体的派生类放在前面，较抽象的基类放在后面。最后一个catch子句可匹配捕获任意类型的异常，但因得不到异常对象，故此不能提供更多信息。在一次执行时，如果引发异常，只能有一个catch子句捕获处理该异常。由于最后一个catch子句能捕获所有类型的异常，而且所有的异常处理器代码中都不会引发异常，因此该try-catch语句的执行结果是表中第1种或者第2种情形。对于try-catch语句的理解和应用，应注意以下几点。try子句中的代码，称为受保护代码，实际上是受到下面若干catch子句的保护

31、，使得try子句代码可以放心去描述正常处理流程，而无需每执行一步都要用if语句来判断是否发生异常情形。并非try子句都可能引发异常，也并非catch子句要捕获try子句所引发的所有异常，当前函数只需捕获自己能处理的异常。多个catch子句之间，不允许基类异常在前、派生类在后，否则将出现语法警告，这使得列在后面的派生类捕获不到异常，而排在前面的基类先捕获到了。try-catch语句仅适合处理异常，并不能将其作为正常流程控制。例.子3例15-1控制流程测试。#includevoidtestExcept(inti)tryif(i=1)throwcatchmewheni=1;/Aif(i=2)TOC

32、o 1-5 h zthrowi;/Bif(i=0)intd=(i+1)/i;/Ccoutdendl;/Dcouti=i;catch(inti)/Ecoutcatchanint:i;catch(char*ex)/Fcoutcatchastring:ex;catch(.)/Gcoutcatchanexceptionunknown;cout的下标越界异常。标准模板库STL提供的向量vectorvT是支持元素随机访问的一种常用容器，它有两种随机访问形式：operator和at(),后者可引发out_of_range异常。#include#includeusingnamespacestd;voidmai

33、n()tryvectorvec(4);/Ainti=0;for(i=0;i4;i+)veci=i+1;for(i=0;i=4;i+)coutveci;coutendl;for(i=0;i=4;i+)coutvec.at(i)coutendl;catch(out_of_rangeex)coutoutofcatch(.)/B/Cnoexception/Dthrowexceptionwheni=4range:ex.what()endl;coutunexpectedn执行程序，输出如下：1234-336860191234outofrange:invalidvectorsubscript上面程序测试两种

34、按下标随机访问元素的成员函数。A行先创建了一个向量，包含4个int元素。B行对这4个元素初始化。C行调用operator来访问元素，输出第1行，当下标越界时，并没有引发任何异常，只是读取的vec4元素的值是随机值。D行调用at(intindex)来访问元素，输出第2行。当下标越界时，引发了out_of_range异常，而不会按非法下标读取值。例15-3除数为0的异常。在整数除法中，如果除数为0就引发底层未命名异常，因此有必要在除法执行之前判断除数是否为0，如果除数为0就引发一个命名的异常来通知调用方。编程如下：#include#includeusingnamespacestd;doublequ

35、otient(intnumrator,intdenominator)throw(invalid_argument)if(denominator=0)throwinvalid_argument(denominatoriszero);/Areturndouble(numrator)/denominator;voidmain()intn1,n2;doubleresult;coutn1n2)tryresult=quotient(n1,n2);coutThequotientisresult;TOC o 1-5 h zcatch(invalid_argumentex)/Bcoutinvalid_argum

36、ent:ex.what();catch(logic_errorex)/Ccoutlogic_error:ex.what();catch(exceptionex)/Dcoutexception:ex.what();catch(.)/Ecoutsomeunexpectedexception;cout和vexception中分别提供了terminate()函数，前者是老版本，作为全局函数，后者是新版本，定义在std命名空间之中。在发生下面情形之一时将自动执行terminate()函数：1、引发异常最终未能捕获。2、析构函数在系统堆栈释放时引发了异常。3、在引发某个异常之后系统堆栈遭破坏。缺省的ter

37、minate函数将调用abort函数，但abort函数不执行清理而简单终止程序，因此常常需要自行定义一个函数，作为terminate函数调用的函数，这要先准备一个无参且无返回的函数f,然后调用set_terminate(f)，将函数f作为终止处理器。例15-4terminate函数的例子。#include#includeusingnamespacestd;voidterm_func()/Acoutterm_func()wascalledbyterminate().n;/.cleanuptasksperformedhere/Ifthisfunctiondoesnotexit,abortiscal

38、led.exit(-1);voidmain()inti=10,j=0,result;set_terminate(term_func);/Btryif(j=0)throwDividebyzero!;/Celseresult=i/j;catch(int)coutCaughtanintegerexception.n;cout中的相关定义如下：typedefvoid(*terminate_handler)();/函数指针类型，终止处理器terminate_handlerset_terminate(terminate_handlerph)throw();voidterminate();头一行说明了一种函

39、数指针的类型名，第二行说明了一个函数set_terminate，将一个函数ph说明为新的终止处理器。最后一行是异常处理器函数，缺省将调用abort函数。C行引发的异常类型为constchar*，显然不能被下面的catch子句捕获，该异常将导致程序终止，将执行terminate函数，因为B行设置了新的终止处理函数term_func,那么新的函数得到执行。通常情况下，设置终止函数的目的是释放资源，然后调用exit函数来终止程序。标准C+还支持意外处理器unexpectedhandler，但VC+6版本并不支持。15.扩5展新的异常类型虽然前面图15.2给出了一个异常类型架构，但经常需要扩展自己的异

40、常类型。例如，虽然out_of_range类能用于说明下标越界，但未说明发生异常的下标究竟值是什么。再如，前面例子中除数为0的异常使用了invalid_argument类，而实际上除数为0可能有多种情形,而不一定都作为函数实参，因此有必要自行定义除数为0的异常类。图15.4给出了一组扩展的异常类型。扩展异常类主要是以logic_error和runtime_error为基类来定义派生类。下面构造了一个头文件exceptions.h，包含了一组常用的异常类。#ifndefEXCEPTIONS#defineEXCEPTIONS#include#includeusingnamespacestd;/下标

41、越界,记录下标classIndex_out_of_range:publicout_of_rangeconstintindex;public:Index_out_of_range(intindex1,conststring&what_arg):index(index1),out_of_range(what_arg)intgetIndex()constreturnindex;/除数为0classDivideByZero:publicruntime_errorpublic:DivideByZero(conststring&what_arg):runtime_error(what_arg);/空指针c

42、lassNullPointer:publicruntime_errorpublic:NullPointer(conststring&what_arg):runtime_error(what_arg);/无可用内存classOutOfMemory:publicruntime_errorpublic:OutOfMemory(conststring&what_arg):runtime_error(what_arg);/一般IO异常的基类classIOException:publicruntime_errorpublic:IOException(conststring&what_arg):runtim

43、e_error(what_arg);/打开文件失败，记录文件名/可能是要读的文件不存在，也可能是要写的文件不能创建classOpenFileException:publicIOExceptionpublic:OpenFileException(conststring&filename):IOException(filename);/读取文件到特定位置时转换失败，记录文件出错位置/出错位置可以是文本文件的数据位置，第n项出错/也可以是二进制文件的字节位置，第n个字节出错classReadFileFail:publicIOExceptionconstlongerrPos;public:ReadFi

44、leFail(longpos,conststring&what_arg):errPos(pos),IOException(what_arg)constlonggetErrPos()constreturnerrPos;#endif读者可自行扩展合适的派生类，以适合软件开发的具体需要。下面部分例子要使用这些异常类型。15.异6常类型的应用利用扩展的异常类型，就可对许多已有程序进行改进。例如前面矩阵类模板TMatrixvT中，有一个公有成员函数elemAt如下：templateT&TMatrix:elemAt(intr,intc)/按下标访问元素if(r=row)throwr;/行下标越界，引发in

45、t异常if(c=col)throwc;/列下标越界，引发int异常returndprc;原先是引发int类型异常，这容易与其它异常混淆。现在就可以使用更明确的Index_out_of_range类型的异常。上面2条throw语句就可以分别改为：throwIndex_out_of_range(r,rowindexinelemAt(int,int);throwIndex_out_of_range(c,colindexinelemAt(int,int);TMatrix模板中另一个公有成员函数operator()(intr,intc)调用了elemAt函数，所以operator()(intr,intc

46、)函数也会引发下标越界异常。这些函数都没有显式说明异常规范：throw(Index_out_of_range)这是由于VC+6没有对异常规范进行语法检查(Java语言要求明确的异常规范，否则语法编译出错)。不过规范的设计应该显式说明每个函数的异常规范，以提示调用方可能引发哪些异常，避免遗忘捕获处理。例15-5设计一个函数从一个文本文件中读取多个浮点数，放入一个向量vector中，显示各元素，给出元素的个数，并按升序排序。要读取的文本文件包含任意多的浮点数，用分隔符分开，例如：11.27.83.4这个例子将演示多种异常类型的引发和处理。编程如下：#include#include#include#

47、includeexceptions.husingnamespacestd;voidgetVectorFromFile(char*filename,vector&vfs)throw(NullPointer,OpenFileException,ReadFileFail)if(filename=NULL)throwNullPointer(filenameisnull);:ifstreamifs(filename,ios:in|ios:nocreate);if(!ifs)stringmsg=openfile:;msg+=filename;msg+=failforread;throwOpenFileEx

48、ception(msg);floatf;while(!ifs.eof()ifsf;if(ifs.fail()stringmsg=readfilefail:;msg+=filename;throwReadFileFail(vfs.size(),msg);vfs.push_back(f);ifs.close();return;voidmain()trycharfilename200;coutfilename;vectorvf;getVectorFromFile(filename,vf);cout元素个数：vf.size():endl;for(inti=0;ivf.size();i+)coutvf.

49、at(i);coutendl;sort(vf.begin(),vf.end();coutaftersortedn;for(i=0;ivf.size();i+)coutvf.at(i);coutendl;catch(NullPointerex)coutex.what()endl;catch(OpenFileExceptionex)coutex.what()endl;catch(ReadFileFailex)coutex.what()atex.getErrPos()itemn;catch(out_of_rangeex)coutindexoutex.what()endl;catch(exceptio

50、nex)coutex.what()endl;catch(.)coutexceptionunknown引用作为结果。该函数可能引发3种命名异常，用异常规范throw说明，以提示调用方。该函数直接引发3种类型的异常：1、检查形参指针是否为空，可能引发NullPointer异常；2、打开文件，可能引发OpenFileException异常，保存了出错的文件名；3、读浮点数，可能引发ReadFileFail异常，保存了文件读错的位置。在函数getVectorFromFile执行过程中只要引发任何一种异常，就不能得到结果。主函数中使用try-catch语句来完成计算并捕获处理各种异常。先输入一个文件名，

51、并说明一个vectorvfloat变量，再调用函数getVectorFromFile来得到结果，下面就是显示、排序、再显示。其中在调用at(i)函数时可能引发out_of_range异常。执行程序，在第1行输入一个文件名array.txt，输出如下：inputfilenametoread:array.txt元素个数：12:aftersorted读者可自行改变输入或改变文本文件，引入各种错误，看程序运行是否能正确判断各种异常。例如：用NULL值来调用函数，看是否导致NullPointerException。输入错误的文件名是否会导致OpenFileException。把某个浮点数的字符该为字符，

52、看是否导致ReadFileFail。try子句中的代码描述了正常执行的逻辑，而各种异常的捕获处理都用catch子句描述。这样就能将正常流程与异常处理分割开，不仅提高了程序的可读性和可维护性，而且增强了应对多种错误的能力，提高了编程可靠性。15.函7数设计中的异常处理在函数设计中何时要用到异常？有以下3个原则：1、遇到小概率事件，应考虑使用异常。一种小概率事件往往就是一种异常情形，例如，函数的指针形参在调用时却得到了空指针实参。再例如，要输入一个浮点数，但实际输入错误。小概率事件也意味着在可靠性要求不高的前提下可以推迟处理、甚至忽略。前面很多例子都有这样一个前提，即小概率事件不会发生。反之，如果

53、不是小概率事件，就不适合用异常。例如，读文件到文件尾eof判断，就不适合将读到文件尾作为一种异常来处理，它不是小概率事件，因为每一次读取都应判断是否到达文件尾。2、遇到某种情形，根据当前信息不能确定应该如何处理，应考虑用异常来通知调用方处理。例如，一个函数从文本文件中读浮点数序列，文件名由形参提供，假如按调用方提供的文件名打开文件失败，应如何处理？此时合理的办法就是告诉调用方，这个文件名打开失败了，由调用方来决定是换一个文件名，还是放弃。反之，对于某种情形，如果函数可以处理而且不违背约定，那么这种情形就不适合作为异常。例如对于堆栈stack操作pop，只有先判断堆栈不为空，才能弹出pop元素。

54、堆栈为空这种情形不适合作为异常。3、向调用方报告的某种结果的描述比较复杂，就应考虑使用异常。传统的C语言编程常用不同的int值来表示各种错误。例如一个函数从文本文件中读浮点数序列，可以让该函数返回一个int值，而且约定返回0表示正常，-1表示实参空指针，-2表示打开文件失败，-3表示读取数据失败等。但返回-2时，还应告知打开失败的文件名。当返回-3时，不仅要告知文件名，还应告知导致读取失败的具体位置，即第几个元素读取失败，这样才方便调用方有效解决问题，此时就需要用异常来详细描述。在一个函数设计中，要调用一个可能引发某种异常的函数时，有哪些处理方式？当前函数有下面4种选择：1、捕获该异常并进行处

55、理，使自己的调用方不需要捕获处理该异常。2、捕获该异常，在处理代码中转换为另一种异常，再引发出去，让调用方来捕获处理新的异常。3、捕获该异常，处理（可能是记录异常发生），再将捕获到的异常引发出去，让外层调用方来捕获处理。在处理代码中用不带表达式的throw语句可以转发已捕获到的异常。4、不捕获该异常，让外层调用方来捕获处理。可能是没有try-catch语句，也可能有try-catch但没有catch子句能匹配所发生的异常类型。应采取何种处理方式取决于当前函数所承担的异常处理的责任。第1种方式完全承担了该种异常处理的责任，使外层调用方可以放心调用而无需关心会发生此类异常。第4种方式则完全不承担责

56、任，调用方必须考虑如何处理间接引发的异常。第2种和第3种方式介于两者之间，承担了部分责任，能捕获处理异常，也能引发异常。无论采用哪一种方式，函数的异常规范应告知调用方可能会引发哪些类型的异常。这应该是函数约定的一个重要部分。例15-6异常处理流程的例子#include#includeusingnamespacestd;floatgetValue(inti)/Atryif(i0)throwindexisoutofrange;/Bthrowchar*if(i=0)throw3.14f;/Cthrowfloatif(i=1)throwi;/Dthrowintif(i=2)throw2.718;/Et

57、hrowdoublecoutintryblock,i=iendl;catch(intindex)/Fcatchintcoutcatchintexception:indexendl;catch(floatf)coutcatchfloatexception:fendl;throw;/Gthrowfloatcatch(char*msg)coutcatchchar*exception:msgendl;throwexception(msg);/Hthrowexceptioncoutbelowtry-catch,i=iendl;returni+1;voidmain()for(inti=-1;i=3;i+)

58、tryfloatf=getValue(i);coutf=fendl;catch(floatf)coutmain:catchafloatexception:fendl;catch(doubled)coutmain:catchadoubleexception:dendl;catch(exceptionex)coutmain:catchanexception:ex.what()endl;catch(.)coutcatchanexceptionunknownendl;执行程序，输出如下(行号是为了方便解释而加入的)：catchchar*exception:indexisoutofrangemain:c

59、atchanexception:indexisoutofrangecatchfloatexception:3.14main:catchafloatexception:3.14catchintexception:1belowtry-catch,i=1f=2main:catchadoubleexception:2.718intryblock,i=3belowtry-catch,i=3f=4A行定义的函数没有显式给出异常规范。在函数体中的try子句中用throw引发了4类异常，后面的3个catch子句分别捕获了3类异常，但异常处理器代码中又引发了异常。这些异常的引发、捕获、再引发的关系如下：i=-1

60、;引发char*异常，被捕获，再引发exception异常出来。i=0;引发float异常，被捕获，再用throw;转发float异常出来。i=1;引发int异常，被捕获，没有再引发其它异常出来。i=2;引发double异常，没有被捕获。这样可以知道getValue函数的异常规范为throw(exception,float,double)。在main函数中用i=-1到3来调用该函数，并用try-catch语句来捕获所有这些异常。输出情况如下：i=-1，输出前2行。i=0，输出第3、4行。i=1，输出第5、6、7行。i=2，输出第8行。i=3，无异常，输出第9、10、11行。能否在捕获异常之后再