More Effective C++：通過引用捕獲異常

2019-11-17 05:45:21

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供稿：網(wǎng)友

　　當(dāng)你寫一個(gè)catch子句時(shí)，必須確定讓異常通過何種方式傳遞到catch子句里。你可以有三個(gè)選擇:與你給函數(shù)傳遞參數(shù)一樣，通過指針(by pointer)，通過傳值(by value)或通過引用(by reference)。

　　我們首先討論通過指針方式捕捉異常(catch by pointer)。從throw處傳遞一個(gè)異常到catch子句是一個(gè)緩慢的過程，在理論上這種方法的實(shí)現(xiàn)對(duì)于這個(gè)過程來說是效率最高的。因?yàn)樵趥鬟f異常信息時(shí)，只有采用通過指針拋出異常的方法才能夠做到不拷貝對(duì)象，例如:

class exception { ... }; // 來自標(biāo)準(zhǔn)C++庫(STL)
　// 中的異常類層次
　void someFunction()
　{
　　static exception ex; // 異常對(duì)象
　　...
　　throw &ex; // 拋出一個(gè)指針，指向ex
　　...
　}
　void doSomething()
　{
　　try {
　　　someFunction(); // 拋出一個(gè) exception*
　　}
　　catch (exception *ex) { // 捕捉 exception*;
　　　... // 沒有對(duì)象被拷貝
　　}
　}

　　這看上去很不錯(cuò)，但是實(shí)際情況卻不是這樣。為了能讓程序正常運(yùn)行，程序員定義異常對(duì)象時(shí)必須確保當(dāng)程序控制權(quán)離開拋出指針的函數(shù)后，對(duì)象還能夠繼續(xù)生存。全局與靜態(tài)對(duì)象都能夠做到這一點(diǎn)，但是程序員很輕易忘記這個(gè)約束。假如真是如此的話，他們會(huì)這樣寫代碼:

void someFunction()
{
　exception ex; // 局部異常對(duì)象;
　// 當(dāng)退出函數(shù)的生存空間時(shí)
　// 這個(gè)對(duì)象將被釋放。
　...
　throw &ex; // 拋出一個(gè)指針，指向
　... // 已被釋放的對(duì)象
}
　　這簡(jiǎn)直糟糕透了，因?yàn)樘幚磉@個(gè)異常的catch子句接受到的指針，其指向的對(duì)象已經(jīng)不再存在。

　　另一種拋出指針的方法是在建立一個(gè)堆對(duì)象(new heap object):

void someFunction()
{
　...
　throw new exception; // 拋出一個(gè)指針，指向一個(gè)在堆中
　... // 建立的對(duì)象(希望
}
// 自己不要再拋出一個(gè)
// 異常!)
　　這避免了捕捉一個(gè)指向已被釋放對(duì)象的指針的問題，但是catch子句的作者又面臨一個(gè)令人頭疼的問題:他們是否應(yīng)該刪除他們接受的指針?假如是在堆中建立的異常對(duì)象，那他們必須刪除它，否則會(huì)造成資源泄漏。假如不是在堆中建立的異常對(duì)象，他們絕對(duì)不能刪除它，否則程序的行為將不可猜測(cè)。該如何做呢?

　　這是不可能知道的。一些clients可能會(huì)傳遞全局或靜態(tài)對(duì)象的地址，另一些可能轉(zhuǎn)遞堆中建立的異常對(duì)象的地址。通過指針捕捉異常，將碰到一個(gè)哈姆雷特式的難題:是刪除還是不刪除?這是一個(gè)難以回答的問題。所以你最好避開它。

　　而且，通過指針捕捉異常也不符合C++語言本身的規(guī)范。四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的異常――bad_alloc(當(dāng)Operator new(參見條款8)不能分配足夠的內(nèi)存時(shí)，被拋出)，bad_cast(當(dāng)dynamic_cast針對(duì)一個(gè)引用(reference)操作失敗時(shí)，被拋出),bad_typeid(當(dāng)dynamic_cast對(duì)空指針進(jìn)行操作時(shí)，被拋出)和bad_exception(用于uneXPected異常;參見條款14)――都不是指向?qū)ο蟮闹羔槪阅惚仨毻ㄟ^值或引用來捕捉它們。

　　通過值捕捉異常(catch-by-value)可以解決上述的問題，例如異常對(duì)象刪除的問題和使用標(biāo)準(zhǔn)異常類型的問題。但是當(dāng)它們被拋出時(shí)系統(tǒng)將對(duì)異常對(duì)象拷貝兩次(參見條款12)。而且它會(huì)產(chǎn)生slicing PRoblem，即派生類的異常對(duì)象被做為基類異常對(duì)象捕捉時(shí)，那它的派生類行為就被切掉了(sliced off)。這樣的sliced對(duì)象實(shí)際上是一個(gè)基類對(duì)象:它們沒有派生類的數(shù)據(jù)成員，而且當(dāng)調(diào)用它們的虛擬函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)解析后調(diào)用的是基類對(duì)象的函數(shù)。(當(dāng)一個(gè)對(duì)象通過傳值方式傳遞給函數(shù)，也會(huì)發(fā)生一樣的情況――參見Effective C++ 條款22)。例如下面這個(gè)程序采用了擴(kuò)展自標(biāo)準(zhǔn)異常類的異常類層次體系:

class exception { // 如上，這是
　public: // 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)異常類
　　virtual const char * what() throw();
　　// 返回異常的簡(jiǎn)短描述.
　　... // (在函數(shù)聲明的結(jié)尾處
　　// 的"throw()"，
}; //有關(guān)它的信息

class runtime_error: //也來自標(biāo)準(zhǔn)C++異常類
public exception { ... };
class Validation_error: // 客戶自己加入個(gè)類
public runtime_error {
　public:
　　virtual const char * what() throw();
　　// 重新定義在異常類中
　　... //虛擬函數(shù)
}; //

void someFunction() // 拋出一個(gè) validation
{ // 異常
　...
　if (a validation 測(cè)試失敗) {
　　throw Validation_error();
　}
　...
}

void doSomething()
{
　try {
　　someFunction(); // 拋出 validation
　} //異常
　catch (exception ex) { //捕捉所有標(biāo)準(zhǔn)異常類
　　// 或它的派生類
　　cerr << ex.what(); // 調(diào)用 exception::what(),
　　... // 而不是Validation_error::what()
　}
}
　　調(diào)用的是基類的what函數(shù)，即使被拋出的異常對(duì)象是Validation_error和 Validation_error類型，它們已經(jīng)重新定義的虛擬函數(shù)。這種slicing行為絕不是你所期望的。

　　最后剩下方法就是通過引用捕捉異常(catch-by-reference)。通過引用捕捉異常能使你避開上述所有問題。不象通過指針捕捉異常，這種方法不會(huì)有對(duì)象刪除的問題而且也能捕捉標(biāo)準(zhǔn)異常類型。也不象通過值捕捉異常，這種方法沒有slicing problem，而且異常對(duì)象只被拷貝一次。

　　我們采用通過引用捕捉異常的方法重寫最后那個(gè)例子，如下所示:

void someFunction() //這個(gè)函數(shù)沒有改變
{
　...
　if (a validation 測(cè)試失敗) {
　　throw Validation_error();
　}
　...
}
void doSomething()
{
　try {
　　someFunction(); // 沒有改變
　}
　catch (exception& ex) { // 這里，我們通過引用捕捉異常
　　// 以替代原來的通過值捕捉
　　cerr << ex.what(); // 現(xiàn)在調(diào)用的是
　　// Validation_error::what(),
　　... // 而不是 exception::what()
　}
}
　　這里沒有對(duì)throw進(jìn)行任何改變，僅僅改變了catch子句，給它加了一個(gè)&符號(hào)。然而這個(gè)微小的改變能造成了巨大的變化，因?yàn)閏atch塊中的虛擬函數(shù)能夠如我們所愿那樣工作了:調(diào)用的Validation_erro函數(shù)是我們重新定義過的函數(shù)。

　　假如你通過引用捕捉異常(catch by reference)，你就能避開上述所有問題，不會(huì)為是否刪除異常對(duì)象而煩惱;能夠避開slicing異常對(duì)象;能夠捕捉標(biāo)準(zhǔn)異常類型;減少異常對(duì)象需要被拷貝的數(shù)目。所以你還在等什么?通過引用捕捉異常吧(Catch exceptions by reference)!

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