C++ FAQ Lite[17]--异常和错误处理(更新)

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[17] 异常和错误处理
(Part of C++ FAQ Lite, Copyright © 1991-2001, Marshall Cline, [email protected])

简体中文版翻译:申旻,[email protected](东日制作室,东日文档)

FAQs in section [17]: [17.1] try / catch / throw 通过哪些方法来改善软件质量? [17.2] 如何处理构造函数的失败? [17.3] 如何处理析构函数的失败? [17.4] 如果构造函数会抛出异常,我该怎样处理资源? [17.5] 当别人抛出异常时,我如何改变字符数组的字符串长度来防止内存泄漏?

[17.1] try / catch / throw 通过哪些方法来改善软件质量?

[Recently created (on 7/00). Click here to go to the next FAQ in the "chain" of recent changes.]

通过排除使用if语句的一个理由。

代替 try / catch / throw 的通常做法是返回一个返回代码(有时称为错误代码),调用者通过诸如if的条件语句明确地测试。例如,printf(), scanf() 和 malloc()就是这样工作的:调用者被假定为会测试返回值来判断函数是否成功。

尽管返回代码技术有时是最适当的错误处理技术,但会产生增加不必要的if语句这样的令人讨厌的效果。 质量降级:众所周知,条件语句可能包含的错误大约十倍于其他类型的语句。因此,在其他都相同时,如果你能从代码中消除条件语句,你会得到更健壮的代码。 推迟面市:由于条件语句是分支点,而它们关系到白盒法测试时的测试条件的个数,因此不必要的条件语句会增加测试的时间总量。如果你没有走过每个分支点,那么你的代码中就会有在测试中没有被执行过的指令,直到用户/客户发现它,那就糟了。 增加开发成本:不必要的控制流程的复杂性增加了寻找bug,修复bug,和测试的工作。

因此,相对于通过返回代码和if来报告错误,使用try / catch / throw所产生更少有bug,更低的开发成本和更快面市的代码。当然,如果你的团队没有任何使用try / catch / throw的经验,你也许想先在一个玩具性的项目上使用一下,以便确定你明白正在做的事情——在把武器拿上真枪实弹的前线前,总应该演练一下吧。

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[17.2] 如何处理构造函数的失败?

[Recently fixed typo ("its" vs. "it's") thanks to Wes Bemont (on 4/01). Click here to go to the next FAQ in the "chain" of recent changes.]

抛出一个异常。

构造函数没有返回类型,所以返回错误代码是不可能的。因此抛出异常是标记构造函数失败的最好方法。

如果你没有或者不愿意使用异常,这里有一种方法。如果构造函数失败了,构造函数可以把对象带入一种“僵尸”状态。你可以通过设置一个内部状态位使对象就象死了一样,即使从技术上来说,它仍然活着。然后加入一个查询(“检察员”)成员函数,以便类的用户能够通过检查这个“僵尸位”来确定对象是真的活着还是已经成为僵尸(也就是一个“活着的死对象”)。你也许想有另一个成员函数来检查这个僵尸位,并且当对象并不是真正活着的时候,执行一个 no-op(或者是更令人讨厌的如 abort())。这样做真的不漂亮,但是如果你不能(或者不想)使用异常的话,这是最好的方法了。

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[17.3] 如何处理析构函数的失败?

[Recently created (on 7/00). Click here to go to the next FAQ in the "chain" of recent changes.]

往log文件中写一个消息。或打电话给Tilda舅妈。但不要抛出异常!

以下是为什么(扣好你的安全带):

C++的规则是你绝对不可以在另一个异常的被称为“栈展开(stack unwinding)”的过程中时,从析构函数抛出异常。举例来说,如果某人写了throw Foo(),栈会被展开,以至throw Foo()和 } catch (Foo e) { 之间的所有的栈页面被弹出。这被称为栈展开(statck unwinding)

在栈展开时,栈页面中的所有的局部对象会被析构。如果那些析构函数之一抛出异常(假定它抛出一个Bar对象),C++运行时系统会处于无法决断的境遇:应该忽略Bar并且在} catch (Foo e) { 结束?应该忽略Foo并且寻找 } catch (Bar e) { ?没有好的答案——每个选择都会丢失信息。

因此C++语言担保,当处于这一点时,会调用terminate()来杀死进程。突然死亡。

防止这种情况的简单方法是不要从析构函数中抛出异常。但如果你真的要聪明一点,你可以说当处理另一个异常的过程中时,不要从析构函数抛出异常。但在第二种情况中,你处于困难的境地:析构函数本身既需要代码处理抛出异常,还需要处理一些“其他东西”,调用者没有当析构函数检测到错误时会发生什么的担保(可能抛出异常,也可能做一些“其他事情”)。因此完整的解决方案非常难写。因此索性就做一些“其他事情”。也就是,不要从析构函数中抛出异常。

当然,由于总有一些该规则无效的境况,这些话不应该被“引证”。但至少99%的情况下,这是一个好规则。

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[17.4] 如果构造函数会抛出异常,我该怎样处理资源?

对象中的每个数据成员应该清理自己。

如果构造函数抛出异常,对象的析构函数将不会运行。如果你的对象需要撤销一些已经做了的动作(如分配了内存,打开了一个文件,或者锁定了某个信号量),这些需要被撤销的动作必须被对象内部的一个数据成员记住。

例如,应该将分配的内存赋给对象的一个“智能指针”成员对象Fred,而不是分配内存给未被初始化的Fred* 数据成员。这样当该智能指针消亡时,智能指针的析构函数将会删除Fred对象。标准类auto_ptr就是这种“智能指针”类的一个例子。你也可以写你自己的引用计数智能指针。你也可以用智能指针来指向磁盘记录或者其它机器上的对象。

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[17.5] 当别人抛出异常时,我如何改变字符数组的字符串长度来防止内存泄漏?

[Recently rewrote the last half (on 7/00). Click here to go to the next FAQ in the "chain" of recent changes.]

如果你要做的确实需要字符串,那么不要使用char数组,因为数组会带来麻烦。应该用一些类似字符串类的对象来代替。

例如,假设你要得到一个字符串的拷贝,随意修改这个拷贝,然后在修改过的拷贝的字符串末尾添加其它的字符串。字符数组方法将是这样:

   void userCode(const char* s1, const char* s2)
 {
   // 制作s1的拷贝:
   char* copy = new char[strlen(s1) + 1];
   strcpy(copy, s1);
 
   // 现在我们有了一个指向分配了的自由存储的内存的指针,
   // w我们需要用一个try块来防止内存泄漏:
   try {
 
     // ... n现在我们随意乱动这份拷贝...
 
     // 将s2 添加到被修改过的 copy 末尾:
     // ... [在此处重分配 copy] ...
     char* copy2 = new char[strlen(copy) + strlen(s2) + 1];
     strcpy(copy2, copy);
     strcpy(copy2 + strlen(copy), s2);
     delete[] copy;
     copy = copy2;
 
     // ... 最后我们再次随意乱动拷贝...
 
   } catch (...) {
     delete[] copy;   // 得到一个异常时,防止内存泄漏
     throw;           // 重新抛出当前的异常
   }
 
   delete[] copy;     // 没有得到异常时,防止内存泄漏
 }

象这样使用char*s是单调的并且容易发生错误。为什么不使用一个字符串类的对象呢?你的编译器也许提供了一个字符串类,而且它可能比你自己写的char*s更快,当然也更简单、更安全。例如,如果你使用了标准化委员会的字符串类std::string,你的代码看上去就会象这样:

 #include <string>           // 让编译器找到 std::string 类
 
 void userCode(const std::string& s1, const std::string& s2)
 {
   std::string copy = s1;    // 制作s1的拷贝
 
   // ... 现在我们随意乱动这份拷贝...
 
   copy += s2;               // A将 s2 添加到被修改过的拷贝末尾
 
   // ... 最后我们再次随意乱动拷贝...
 }

函数体中总共只有两行代码,而前一个例子中有12行代码。节省来自内存管理,但也有一些是来自于我们不必先式的调用strxxx()例程。这里有一些重点: 由于std::string自动处理了内存管理,当增长字符串时,我们不需要先式地写任何分配内存的代码。 由于std::string自动处理了内存管理,在结束时不需要 delete[] 任何东西。 由于std::string自动处理了内存管理,在第二个例子中不需要 try 块,即使某人会在某处抛出异常。

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Revised Apr 8, 2001

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