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作者： tyc611, 2007-02-28

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   本文主要讨论C++的异常机制及相关技术。

   如果文中有错误或遗漏之处，敬请指出，谢谢！

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   因为在处理异常的时候会释放局部存储，所以被抛出的对象就不能再局部存储，而是用throw表达式初始化一个称为异常对象(exception object)的特殊对象。异常对象由编译器管理，而且保证驻留在可能被激活的catch都可访问的空间里。异常对象由throw创建，并被初始化为被抛出的表达式的副本。异常对象将传给对应的catch，并且在完全处理了异常之后销毁。

 

   异常以类似于将实参传递给函数的方式抛出(throw)和捕获(catch)。异常对象是通过复制抛出表达式的结果而创建，该结果必须是可以复制的类型。

 

   我们知道，在传递数组或函数类型实参的时候，该实参自动转换为一个指针。被抛出的对象将发生同样的自动转换，因此，不存在数组或函数类型的异常。相反，如果抛出一个数组，被抛出的对象转换为指向数组首元素的指针；类似地，如果抛出一个函数，函数被转换为指向函数的指针。

 

   当抛出一个表达式的时候，被抛出对象的静态类型将决定异常对象的类型。需要特别注意的是，在抛出中对指针解引用时，解引用的结果是一个对象，其类型与指针的静态类型匹配。如果指针指向继承层次中的一种类型，指针所指对象的类型就有可能与指针的静态类型不同。无论对象的类型类型是什么，异常对象的类型都与指针的静态类型相匹配。如果该指针是一个指向派生类对象的基类类型指针，则那个对象将被切片，只抛出基类部分。

 

 

   抛出异常时，将暂停当前函数的执行，开始查找匹配的catch子句。首先检查throw本身是否在try块内部，如果是，检查与该try相关的catch子句，看是否其中之一与被抛出对象相匹配。如果找到匹配的catch，就处理异常；如果找不到，就退出当前函数（释放当前函数内存并撤消局部对象），并且继续在调用函数中查找。如果对抛出异常的函数的调用是在try块中，则检查与该try块相关的catch子句。如果找到匹配的catch子句，就处理异常；否则，退出调用函数，并且继续在调用这个函数的函数中查找。这个过程，称之为栈展开(stack unwinding)，沿嵌套链继续向上，直至为异常找到一个catch子句。如果最终找不到匹配的catch，程序就调用库函数terminate。

 

   析构函数应该从不抛出异常。栈展开期间会经常执行析构函数。此时，在执行析构函数时，已经引发了异常但还没有处理它。如果在这个时候析构函数本身抛出新的异常，则此时，应当是新的异常取代仍未处理的先前的异常？还是忽略析构函数中的异常？答案是：在为某个异常进行栈展开时，析构函数如果又抛出自己的未经处理的另一个异常，将会导致调用标准库terminate函数。一般而言，terminate函数将调用abort函数，强制从整个程序非正常退出。因此，标准库类型都保证它们的析构函数不会引发异常。

 

   与析构函数不同，构造函数内部所做的事情经常会抛出异常。如果在构造函数对象的时候发生异常，则该对象可能只是部分被构造，它的一些成员可能已经初始化，而另一些成员在异常发生之前还没有初始化。即使对象只是部分地构造了，也要保证将会适当地撤销已经构造的成员。类似地，在初始化数组或其他容器类型的元素的时候，也可能发生异常，同样，也要保证将会适当地撤销已构造的元素。

 

 

   catch子句中的异常说明符(exception specifier)的类型决定了处理代码能够捕获的异常种类。类型必须是完全类型，即必须是内置类型或者已经定义的自定义类型；类型的前向声明不行。如果不需要使用异常对象的话，异常说明符中的形参名可以省略。

 

   在查找匹配的catch期间，找到的catch不必是与异常最匹配的那个catch，相反，将选中第一个找到的可以处理该异常的catch。因此，在catch子句列表中，最特殊的catch必须最先出现。

 

   异常与catch异常说明符匹配的规则比匹配实参和形参类型的规则更严格，大多数转换都不允许——除下面几种可能的区别之外，异常的类型与catch说明符的类型必须完全匹配：

   1）允许从非const到const的转换。也就是说，非const对象的throw可以与指定接受const引用的catch匹配；

   2）允许从派生类型到基类类型的转换（引用和非引用）；

   3）将数组转换为指向数组类型的指针，将函数转换为指向函数类型的适当指针。

在查找匹配catch的时候，不允许其他转换。具体而言，既不允许标准算术转换，也不允许为类类型定义的转换。

 

   异常说明符类型可以是引用。异常对象本身是被抛出对象的副本，是否再次将异常对象复制到catch位置取决于异常说明符类型。

 

 

   有可能单个catch不能完全处理一个异常，此时catch在做完自己的处理后，可以将该异常重新抛出(rethrow)，以传递给外层的try块。重新抛出是后面不跟类型或表达式的一个空throw语句：

   throw;

该空throw语句将重新抛出异常对象，它只能出现在catch或者从catch调用的函数中。如果在处理代码不活动时碰到空throw，就调用terminate函数。

 

   虽然重新抛出不指定自己的异常，但仍然将一个异常对象沿链向上传递，被抛出的异常是原来的异常对象，而不是catch形参。因此，当catch形参是基类类型的时候，我们不知道重新抛出的异常的实际类型，该类型取决于异常对象的动态类型，而不是catch形参的静态类型。并且，当catch形参是引用时，若catch改变了它的形参对象（即原来的异常对象），则重新抛出时将传播那些改变（因为仍是原来的异常对象在传递）。

 

 

   捕获所有异常(catch-all)的catch子句形式为：catch (...)。catch (...)通常与重新抛出表达式结合使用，catch完成可做的所有局部工作，然后重新抛出异常。例如：

   void func() {

      try {

         // exception may be thrown

      }

      catch (...) {

         // partially handle the exception

         throw;

      }

   }

 

 

   对于一般的函数中的异常，我们可以直接在函数体内编写代码处理异常。但对于构造函数初始化列表中抛出的异常却无法这样实现异常处理。此时，必须将构造函数编写为函数测试块(function try block)。函数测试块将catch子句与函数联成一个整体。例如：

template <typename T>
void func(const T &t)
try: _t(t)
{
   // function body
} catch (const exception& ) { /* do something */ }
  

此时，catch子句既可以处理从初始化列表中抛出的异常，也可以处理从构造函数体中抛出的异常。

 

   C++标准库异常类定义在四个头文件中：
   1) <exception>头文件中定义了异常类exception；
   2) <stdexcept>头文件中定义了几种常见的异常类。
   3) <new>头文件中定义了bad-alloc异常类。当new无法分配内存时将抛出该异常类对象。
   4) <type_info>头文件中定义了bad_cast异常类。当dynamic_cast失败时将抛出该异常类对象。