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! "); } 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 ",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 ",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! "); 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 ",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 ",res); } } else printf("Divide 0 error! "); 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 "; } }; 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 "; } }; 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! "; } }; 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。