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一、异常是什么？

异常，这个十分陌生的名词；

试想一下，在我们之前写代码的过程中，程序运行出现了一些问题（就比如AVL树更新平衡因子的过程中，平衡因子出现了不可能的现象，这说明这个AVL树存在问题；）但是我们之前只是单纯的让程序终止，但是在以后的实践中，程序是一直运行的，所以我们不能直接将程序直接终止。

这是，我们应该做的是：对出现的问题进行处理，并且程序不能够终止

1. C语言传统的处理方式

这里再看一下C语言传统的处理方式

终止程序，assert
返回错误码

这两种无论是哪一种处理方式都是返回错误码，部分情况下使用终止程序来处理非常严重的错误。

2. `C++`异常概念

异常是一种处理错误的方式，当一个函数发现自己无法处理的错误时就可以抛出异常，让函数直接或者间接的调用着者来处理这个错误

throw：当问题出现时，程序会抛出一个异常。使用throw来进行抛异常。
try：try块中的代码标识将被激活的特定异常，通常后面跟着一个或者多个catch块。
catch：在需要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常，可以有多个catch进行捕获。

二、异常使用

1. 异常的抛出和捕获

程序出问题时，我们通过throw抛出一个对象来引发异常，该对象的类型以及当前调用链就决定了应该由哪一个catch的处理代码来处理该异常。
被选中的处理代码catch块是调用链中与该类对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那一个。根据抛出对象的类型和内容，程序的抛出部分告知异常处理部分发生了什么错误。
当throw执行的时候，throw后面的语句将不再被执行；程序就从throw位置跳到与之匹配的catch块(catch可以是同一个函数内的，也可能是调用链中另一个函数的catch)，简单来说有两种含义就是（1、沿着调用链的函数可能提前退出；2、`一旦程序开始执行异常处理程序，沿着调用链创还能的对象都要被销毁）。
抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象是一个局部对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝对象在catch语句后销毁。类似与传值返回。

这么多概念，看起来好麻烦，这里看一段代码理解一下

double Divide(int x, int y)
{try{if (y == 0){throw string("this divisor is zero");//这里直接使用临时对象}else{return (double)x / y;}}catch (int y){cout << "y:" << y << endl;}
}
void func(int a)
{try{if (a == 3){throw string("a == 3");}int x, y;cin >> x >> y;Divide(x, y);}catch (double d){cout << "d:" << d << endl;}
}
int main()
{int a;cin >> a;try {func(a);}catch(string str){cout << str << endl;}catch (char ch){cout << ch << endl;}catch (...){cout << "Unknown exception" << endl;}
}

这里补充：我们不能够用多个catch完全匹配所以的异常类型，使用catch(...)来匹配所有的异常对象类型。

输入**3**，输出：

a == 3

输入1 3 0，输出：

this divisor is zero

简单理解，在我们平常练习写代码时，基本上用不到；在未来项目实践中才会有所使用。

2. 栈展开

抛出异常后，程序暂停当前函数的执行，开始寻找与之匹配的catch语句，首先就要检查throw本身是否在try内部，如果在就查找匹配的catch语句，如果有就跳转。
如果当前函数中没有try/catch语句，或者当前函数内的catch类型不匹配，就会退出当前函数，在外层调用函数链中查找，整个过程叫做栈展开。
如果栈展开整个过程到达了main函数，依然没有找到匹配的catch语句，程序就会调用标准库的terminate函数终止程序。

在这里插入图片描述

3. 查找匹配的处理代码

一般情况下，抛出异常对象和catch类型是完全匹配的，如果有多个匹配的类型，就选择调用链中最近的一个。
也存在也写例外，比如非常量向常量的类型转换，数组向数组元素指针类型的转换，函数转换成函数指针，允许派生类向基类类型的转换（这个非常实用）。
如果栈展开到main函数，异常依旧没有匹配就会终止程序，不是有严重错误的情况下，我们不希望程序终止，所以我们一般在main函数中使用catch(...)，它捕获所有异常，但是不知道异常错误是什么。

4.异常的重新抛出问题

对于异常重新抛出问题，大致意思就是：

有时catch匹配到异常对象后，需要对错误进行分类，再对其中异常错误进行特殊的处理，其他的错误就要重新抛出；将问题抛出到外层调用链处理。

用法：就直接抛出throw;即可。

这里模拟一下发送信息这样的场景：

#include<thread>class Exception
{
public:Exception(const string& str, const int& id):_errmsg(str), _id(id){}virtual string what() const{return _errmsg;}int getid() const{return _id;}
protected:string _errmsg;int _id;
};class HttpException :public Exception
{
public:HttpException(const string& str, const int& id, const string type):Exception(str, id), string_type(type){}virtual string what() const{string ret = "HttpException:";ret += string_type;ret += ":";ret += _errmsg;return ret;}
private:string string_type;
};
void _seedMsg(const string str)
{if (rand() % 2 == 0){throw HttpException("网络错误，请稍后重试", 101, "put");}else if (rand() % 7 == 0){throw HttpException("你已经不是对方好友，发送失败", 102, "put");}else{cout << "发送成功" << endl;}
}void SeedMsg(const string& str)
{for (int i = 0; i < 4; i++){try{_seedMsg(str);break;}catch (const Exception& e){if (e.getid() == 101){//网络问题if (i == 3)throw;cout << "开始第" << i + 1 << "次尝试" << endl;}else{throw;}}}}
int main()
{srand(time(0));string str;while (cin >> str){try{SeedMsg(str);}catch (const Exception& e){cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}}return 0;
}

这里就发送信息，然后随机（发送成功或者失败)；发送失败有两种原因（一是不是对方好友，二是网络问题）；如果网络问题则进行重新发送，重试三次则不在尝试。
这里就用到异常

5.异常的安全问题

在之前，我们程序是从上到下顺序执行的；但是如果抛出异常之后，程序就会跳转到异常匹配catch的位置，而抛异常throw后面的代码就不再执行；那这里就有一些问题：

在抛出异常之前申请的空间资源，会不会进行释放？
析构函数中如果抛异常，那会不会析构不完全？

我们先来看第一个问题

double Divide(int x, int y)
{if (y == 0){throw string("the y is zero");}return (double)x / double(y);
}
void test(int x, int y)
{int* arr = new int[10];try{Divide(x, y);}catch (const int& i){cout << i << endl;}delete[] arr;cout << "delete[] arr" << endl;
}int main()
{int x, y;cin >> x >> y;while (1){try{test(x, y);}catch (const string& str){cout << str << endl;}catch (...){cout << "unknown exception" << endl;}cin >> x >> y;}return 0;
}

这里在Divide函数中，如果y==0就会抛出异常，并且在该函数内没有捕获该异常，就继续将异常抛给外层调用的函数test，在test中new了一个int数组，但是没有捕获Divide函数抛出的异常，程序直接接跳到main函数当中去，就导致申请的空间资源没有被释放。

输入：(这里为了方便就写了死循环)

2 3
2 0

输出：

delete[] arr
the y is zero

这里确实造成了空间泄露的问题，那这个问题如何解决呢？

这里，我们在test函数中，调用Divide函数并且进行异常捕获，捕获之后释放空间资源再将异常抛出；

void test(int x, int y)
{int* arr = new int[10];try{Divide(x, y);}catch (...){delete[] arr;cout << "delete[] arr" << endl;throw;}}

这里看似问题已经解决了，但是还存在新的问题；

如果这里申请了多个空间资源呢？

就比如

void test(int x, int y)
{int* arr1 = new int[10];int* arr2 = new int[10];try{Divide(x, y);}catch (...){delete[] arr1;cout << "delete[] arr1" << endl;delete[] arr2;cout << "delete[] arr2" << endl;throw;}
}