More effective C++：審慎使用異常規(guī)格

2019-11-17 05:46:44

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供稿：網(wǎng)友

　　毫無疑問，異常規(guī)格是一個引人注目的特性。它使得代碼更輕易理解，因為它明確地描述了一個函數(shù)可以拋出什么樣的異常。但是它不只是一個有趣的注釋。編譯器在編譯時有時能夠檢測到異常規(guī)格的不一致。而且假如一個函數(shù)拋出一個不在異常規(guī)格范圍里的異常，系統(tǒng)在運行時能夠檢測出這個錯誤，然后一個非凡函數(shù)uneXPected將被自動地調(diào)用。異常規(guī)格既可以做為一個指導(dǎo)性文檔同時也是異常使用的強(qiáng)制約束機(jī)制，它似乎有著很誘人的外表。
　
　　不過在通常情況下，美貌只是一層皮，外表的漂亮并不代表其內(nèi)在的素質(zhì)。函數(shù)unexpected缺省的行為是調(diào)用函數(shù)terminate，而terminate缺省的行為是調(diào)用函數(shù)abort，所以一個違反異常規(guī)格的程序其缺省的行為就是halt（停止運行）。在激活的stack frame中的局部變量沒有被釋放，因為abort在關(guān)閉程序時不進(jìn)行這樣的清除操作。對異常規(guī)格的觸犯變成了一場并不應(yīng)該發(fā)生的災(zāi)難。

　　不幸的是，我們很輕易就能夠編寫出導(dǎo)致發(fā)生這種災(zāi)難的函數(shù)。編譯器僅僅部分地檢測異常的使用是否與異常規(guī)格保持一致。一個函數(shù)調(diào)用了另一個函數(shù)，并且后者可能拋出一個違反前者異常規(guī)格的異常，（A函數(shù)調(diào)用B函數(shù)，因為B函數(shù)可能拋出一個不在A函數(shù)異常規(guī)格之內(nèi)的異常，所以這個函數(shù)調(diào)用就違反了A函數(shù)的異常規(guī)格譯者注）編譯器不對此種情況進(jìn)行檢測，并且語言標(biāo)準(zhǔn)也禁止它們拒絕這種調(diào)用方式（盡管可以顯示警告信息）。

　　例如函數(shù)f1沒有聲明異常規(guī)格，這樣的函數(shù)就可以拋出任意種類的異常：

extern void f1(); // 可以拋出任意的異常
　　假設(shè)有一個函數(shù)f2通過它的異常規(guī)格來聲明其只能拋出int類型的異常：

void f2() throw(int);
　　f2調(diào)用f1是非常合法的，即使f1可能拋出一個違反f2異常規(guī)格的異常：

void f2() throw(int)
{
　...
　f1(); // 即使f1可能拋出不是int類型的
　//異常，這也是合法的。
　...
}
　　當(dāng)帶有異常規(guī)格的新代碼與沒有異常規(guī)格的老代碼整合在一起工作時，這種靈活性就顯得很重要。

　　因為你的編譯器答應(yīng)你調(diào)用一個函數(shù)其拋出的異常與發(fā)出調(diào)用的函數(shù)的異常規(guī)格不一致，并且這樣的調(diào)用可能導(dǎo)致你的程序執(zhí)行被終止，所以在編寫軟件時采取措施把這種不一致減小到最少。一種好方法是避免在帶有類型參數(shù)的模板內(nèi)使用異常規(guī)格。例如下面這種模板，它似乎不能拋出任何異常：

// a poorly designed template wrt exception specifications
template<class T>
bool Operator==(const T& lhs, const T& rhs) throw()
{
　return &lhs == &rhs;
}
　　這個模板為所有類型定義了一個操作符函數(shù)operator==。對于任意一對類型相同的對象，假如對象有一樣的地址，該函數(shù)返回true，否則返回false。

　　這個模板包含的異常規(guī)格表示模板生成的函數(shù)不能拋出異常。但是事實可能不會這樣，因為opertor&能被一些類型對象重載。假如被重載的話，當(dāng)調(diào)用從operator==函數(shù)內(nèi)部調(diào)用opertor&時，opertor&可能會拋出一個異常，這樣就違反了我們的異常規(guī)格，使得程序控制跳轉(zhuǎn)到unexpected。

　　上述的例子是一種更一般問題的特例，這個問題也就是沒有辦法知道某種模板類型參數(shù)拋出什么樣的異常。我們幾乎不可能為一個模板提供一個有意義的異常規(guī)格。，因為模板總是采用不同的方法使用類型參數(shù)。解決方法只能是模板和異常規(guī)格不要混合使用。

　　能夠避免調(diào)用unexpected函數(shù)的第二個方法是假如在一個函數(shù)內(nèi)調(diào)用其它沒有異常規(guī)格的函數(shù)時應(yīng)該去除這個函數(shù)的異常規(guī)格。這很輕易理解，但是實際中輕易被忽略。比如答應(yīng)用戶注冊一個回調(diào)函數(shù)：

// 一個window系統(tǒng)回調(diào)函數(shù)指針
//當(dāng)一個window系統(tǒng)事件發(fā)生時
typedef void (*CallBackPtr)(int eventXLocation,
int eventYLocation,
void *dataToPassBack);
//window系統(tǒng)類，含有回調(diào)函數(shù)指針，
//該回調(diào)函數(shù)能被window系統(tǒng)客戶注冊
class CallBack {
　public:
　　CallBack(CallBackPtr fPtr, void *dataToPassBack): func(fPtr), data(dataToPassBack) {}
　　void makeCallBack(int eventXLocation,int eventYLocation) const throw();
　PRivate:
　　CallBackPtr func; // function to call when
　　// callback is made
　　void *data; // data to pass to callback
}; // function
// 為了實現(xiàn)回調(diào)函數(shù)，我們調(diào)用注冊函數(shù)，
//事件的作標(biāo)與注冊數(shù)據(jù)做為函數(shù)參數(shù)。
void CallBack::makeCallBack(int eventXLocation,
int eventYLocation) const throw()
{
　func(eventXLocation, eventYLocation, data);
}
　　這里在makeCallBack內(nèi)調(diào)用func，要冒違反異常規(guī)格的風(fēng)險，因為無法知道func會拋出什么類型的異常。

　　通過在程序在CallBackPtr typedef中采用更嚴(yán)格的異常規(guī)格來解決問題：

typedef void (*CallBackPtr)(int eventXLocation,
int eventYLocation,
void *dataToPassBack) throw();
這樣定義typedef后，假如注冊一個可能會拋出異常的callback函數(shù)將是非法的：

// 一個沒有異常給各的回調(diào)函數(shù)
void callBackFcn1(int eventXLocation, int eventYLocation,
void *dataToPassBack);
void *callBackData;
...
CallBack c1(callBackFcn1, callBackData);
//錯誤！callBackFcn1可能
// 拋出異常
//帶有異常規(guī)格的回調(diào)函數(shù)
void callBackFcn2(int eventXLocation,
int eventYLocation,
void *dataToPassBack) throw();
CallBack c2(callBackFcn2, callBackData);
// 正確，callBackFcn2
// 沒有異常規(guī)格
　　傳遞函數(shù)指針時進(jìn)行這種異常規(guī)格的檢查，是語言的較新的特性，所以有可能你的編譯器不支持這個特性。假如它們不支持，那就依靠你自己來確保不能犯這種錯誤。

　　避免調(diào)用unexpected的第三個方法是處理系統(tǒng)本身拋出的異常。這些異常中最常見的是bad_alloc，當(dāng)內(nèi)存分配失敗時它被operator new 和operator new[]拋出（參見條款8）。假如你在函數(shù)里使用new操作符（還參見條款8），你必須為函數(shù)可能碰到bad_alloc異常作好預(yù)備。

　　現(xiàn)在常說預(yù)防勝于治療（即做任何事都要未雨綢繆譯者注），但是有時卻是預(yù)防困難而治療輕易。也就是說有時直接處理unexpected異常比防止它們被拋出要簡單。例如你正在編寫一個軟件，精確地使用了異常規(guī)格，但是你必須從沒有使用異常規(guī)格的程序庫中調(diào)用函數(shù)，要防止拋出unexpected異常是不現(xiàn)實的，因為這需要改變程序庫中的代碼。

　　雖然防止拋出unexpected異常是不現(xiàn)實的，但是C++答應(yīng)你用其它不同的異常類型替換unexpected異常，你能夠利用這個特性。例如你希望所有的unexpected異常都被替換為UnexpectedException對象。你能這樣編寫代碼：

class UnexpectedException {}; // 所有的unexpected異常對象被
//替換為這種類型對象

void convertUnexpected() // 假如一個unexpected異常被
{
　// 拋出，這個函數(shù)被調(diào)用
　throw UnexpectedException();
}
　　通過用convertUnexpected函數(shù)替換缺省的unexpected函數(shù)，來使上述代碼開始運行。：

set_unexpected(convertUnexpected);
　　當(dāng)你這么做了以后，一個unexpected異常將觸發(fā)調(diào)用convertUnexpected函數(shù)。Unexpected異常被一種UnexpectedException新異常類型替換。假如被違反的異常規(guī)格包含UnexpectedException異常，那么異常傳遞將繼續(xù)下去，似乎異常規(guī)格總是得到滿足。（假如異常規(guī)格沒有包含UnexpectedException，terminate將被調(diào)用，就似乎你沒有替換unexpected一樣）

　　另一種把unexpected異常轉(zhuǎn)變成知名類型的方法是替換unexpected函數(shù)，讓其重新拋出當(dāng)前異常，這樣異常將被替換為bad_exception。你可以這樣編寫：

void convertUnexpected() // 假如一個unexpected異常被
{
　//拋出，這個函數(shù)被調(diào)用
　throw; // 它只是重新拋出當(dāng)前
} // 異常

set_unexpected(convertUnexpected);
// 安裝 convertUnexpected
// 做為unexpected
// 的替代品
　　假如這么做，你應(yīng)該在所有的異常規(guī)格里包含bad_exception（或它的基類，標(biāo)準(zhǔn)類exception）。你將不必再擔(dān)心假如碰到unexpected異常會導(dǎo)致程序運行終止。任何不聽話的異常都將被替換為bad_exception，這個異常代替原來的異常繼續(xù)傳遞。

　　到現(xiàn)在你應(yīng)該理解異常規(guī)格能導(dǎo)致大量的麻煩。編譯器僅僅能部分地檢測它們的使用是否一致，在模板中使用它們會有問題，一不注重它們就很輕易被違反，并且在缺省的情況下它們被違反時會導(dǎo)致程序終止運行。異常規(guī)格還有一個缺點就是它們能導(dǎo)致unexpected被觸發(fā)即使一個high-level調(diào)用者預(yù)備處理被拋出的異常，比如下面這個幾乎一字不差地來自從條款11例子：

class session { // for modeling online
public: // sessions
~Session();
...

private:
static void logDestrUCtion(Session *objAddr) throw();
};

Session::~Session()
{
try {
logDestruction(this);
}
catch (...) { }
}
　　session的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用logDestruction記錄有關(guān)session對象被釋放的信息，它明確地要捕捉從logDestruction拋出的所有異常。但是logDestruction的異常規(guī)格表示其不拋出任何異常。現(xiàn)在假設(shè)被logDestruction調(diào)用的函數(shù)拋出了一個異常，而logDestruction沒有捕捉。我們不會期望發(fā)生這樣的事情，凡是正如我們所見，很輕易就會寫出違反異常規(guī)格的代碼。當(dāng)這個異常通過logDestruction傳遞出來，unexpected將被調(diào)用，缺省情況下將導(dǎo)致程序終止執(zhí)行。這是一個正確的行為，這是session析構(gòu)函數(shù)的作者所希望的行為么？作者想處理所有可能的異常，所以似乎不應(yīng)該不給session析構(gòu)函數(shù)里的catch塊執(zhí)行的機(jī)會就終止程序。假如logDestruction沒有異常規(guī)格，這種事情就不會發(fā)生。（一種防止的方法是如上所描述的那樣替換unexpected）

　　以全面的角度去看待異常規(guī)格是非常重要的。它們提供了優(yōu)秀的文檔來說明一個函數(shù)拋出異常的種類，并且在違反它的情況下，會有可怕的結(jié)果，程序被立即終止，在缺省時它們會這么做。同時編譯器只會部分地檢測它們的一致性，所以他們很輕易被不經(jīng)意地違反。而且他們會阻止high-level異常處理器來處理unexpected異常，即使這些異常處理器知道如何去做。綜上所述，異常規(guī)格是一個應(yīng)被審慎使用的公族。在把它們加入到你的函數(shù)之前，應(yīng)考慮它們所帶來的行為是否就是你所希望的行為。

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