异常控制机制

异常处理是C++的一项语言机制，用于在程序中处理异常事件。异常事件在C++中表示为异常对象。异常事件发生时，程序使用throw关键字抛出异常表达式，抛出点称为异常出现点，由操作系统为程序设置当前异常对象，然后执行程序的当前异常处理代码块，在包含了异常出现点的最内层的try块，依次匹配catch语句中的异常对象（只进行类型匹配，catch参数有时在catch语句中并不会使用到）。若匹配成功，则执行catch块内的异常处理语句，然后接着执行try…catch…块之后的代码。如果在当前的try…catch…块内找不到匹配该异常对象的catch语句,则由更外层的try…catch…块来处理该异常；如果当前函数内所有的try…catch…块都不能匹配该异常，则递归回退到调用栈的上一层去处理该异常。如果一直退到主函数main()都不能处理该异常，则调用系统函数terminate()终止程序。

一、抛异常—-throw

throw是个关键字，与抛出表达式构成了throw语句。其语法为：throw 表达式;throw语句必须包含在try块中，也可以是被包含在调用栈的外层函数的try块中。执行throw语句时，throw表达式将作为对象被复制构造为一个新的对象，称为异常对象。异常对象放在内存的特殊位置，该位置既不是栈也不是堆，在window上是放在线程信息块TIB中。这个构造出来的新对象与本级的try所对应的catch语句进行类型匹配。如下：

二、异常对象

异常对象是一种特殊的对象，编译器依据异常抛出表达式复制构造异常对象，这要求抛出异常表达式不能是一个不完全类型（一个类型在声明之后定义之前为一个不完全类型。不完全类型意味着该类型没有完整的数据与操作描述），而且可以进行复制构造，这就要求异常抛出表达式的复制构造函数（或移动构造函数）、析构函数不能是私有的。
异常对象不同于函数的局部对象，局部对象在函数调用结束后就被自动销毁，而异常对象将驻留在所有可能被激活的catch语句都能访问到的内存空间中，也即上文所说的TIB。当异常对象与catch语句成功匹配上后，在该catch语句的结束处被自动析构。
在函数中返回局部变量的引用或指针几乎肯定会造成错误，同样的道理，在throw语句中抛出局部变量的指针或引用也几乎是错误的行为。如果指针所指向的变量在执行catch语句时已经被销毁，对指针进行解引用将发生意想不到的后果。
throw出一个表达式时，该表达式的静态编译类型将决定异常对象的类型。所以当throw出的是基类指针的解引用，而该指针所指向的实际对象是派生类对象，此时将发生派生类对象切割。除了抛出用户自定义的类型外，C++标准库定义了一组类，用户报告标准库函数遇到的问题。这些标准库异常类只定义了几种运算，包括创建或拷贝异常类型对象，以及为异常类型的对象赋值。

三、C++异常捕获处理框架

try…catch 语句的语法如下：
try {
语句组
}
catch(异常类型) {
异常处理代码
}
…
catch(异常类型) {
异常处理代码
}
catch 可以有多个，但至少要有一个。

不妨把 try 和其后{}中的内容称作“try块”，把 catch 和其后{}中的内容称作“catch块”。

try…catch 语句的执行过程是：

• 执行 try 块中的语句，如果执行的过程中没有异常拋出，那么执行完后就执行最后一个 catch 块后面的语句，所有 catch 块中的语句都不会被执行；
• 如果 try 块执行的过程中拋出了异常，那么拋出异常后立即跳转到第一个“异常类型”和拋出的异常类型匹配的 catch 块中执行（称作异常被该 catch 块“捕获”），执行完后再跳转到最后一个 catch 块后面继续执行。

catch语句匹配被抛出的异常对象。如果catch语句的参数是引用类型，则该参数可直接作用于异常对象，即参数的改变也会改变异常对象，而且在catch中重新抛出异常时会继续传递这种改变。如果catch参数是传值的，则复制构函数将依据异常对象来构造catch参数对象。在该catch语句结束的时候，先析构catch参数对象，然后再析构异常对象。
在进行异常对象的匹配时，编译器不会做任何的隐式类型转换或类型提升。除了以下几种情况外，异常对象的类型必须与catch语句的声明类型完全匹配：

• 允许从非常量到常量的类型转换。
• 允许派生类到基类的类型转换。
• 数组被转换成指向数组（元素）类型的指针。
• 函数被转换成指向函数类型的指针。

寻找catch语句的过程中，匹配上的未必是类型完全匹配那项，而在是最靠前的第一个匹配上的catch语句（我称它为最先匹配原则）。所以，派生类的处理代码catch语句应该放在基类的处理catch语句之前，否则先匹配上的总是参数类型为基类的catch语句，而能够精确匹配的catch语句却不能够被匹配上。在catch块中，如果在当前函数内无法解决异常，可以继续向外层抛出异常，让外层catch异常处理块接着处理。此时可以使用不带表达式的throw语句将捕获的异常重新抛出。被重新抛出的异常对象为保存在TIB中的那个异常对象，与catch的参数对象没有关系，若catch参数对象是引用类型，可能在catch语句内已经对异常对象进行了修改，那么重新抛出的是修改后的异常对象；若catch参数对象是非引用类型，则重新抛出的异常对象并没有受到修改。使用catch(…){}可以捕获所有类型的异常，根据最先匹配原则，catch(…){}应该放在所有catch语句的最后面，否则无法让其他可以精确匹配的catch语句得到匹配。通常在catch(…){}语句中执行当前可以做的处理，然后再重新抛出异常。注意，catch中重新抛出的异常只能被外层的catch语句捕获。

四、异常栈的展开和RAII

就是从异常抛出点一路向外层函数寻找匹配的catch语句的过程，寻找结束于某个匹配的catch语句或标准库函数terminate。这里重点要说的是栈展开过程中对局部变量的销毁问题。我们知道，在函数调用结束时，函数的局部变量会被系统自动销毁，类似的，throw可能会导致调用链上的语句块提前退出，此时，语句块中的局部变量将按照构成生成顺序的逆序，依次调用析构函数进行对象的销毁。
结合RAII机制可以很好的解决异常发生后资源泄漏的问题，RAII（Resource acquisition is initialization，资源获取即初始化）。它的思想是以对象管理资源。为了更为方便、鲁棒地释放已获取的资源，避免资源死锁，一个办法是把资源数据用对象封装起来。程序发生异常，执行栈展开时，封装了资源的对象会被自动调用其析构函数以释放资源。C++中的智能指针便符合RAII。
异常机制的一个合理的使用是在构造函数中。构造函数没有返回值，所以应该使用异常机制来报告发生的问题。更重要的是，构造函数抛出异常表明构造函数还没有执行完，其对应的析构函数不会自动被调用，因此析构函数应该先析构所有所有已初始化的基对象，成员对象，再抛出异常。
C++不禁止析构函数向外界抛出异常，但析构函数被期望不向外界函数抛出异常。析构函数中向函数外抛出异常，将直接调用terminator()系统函数终止程序。如果一个析构函数内部抛出了异常，就应该在析构函数的内部捕获并处理该异常，不能让异常被抛出析构函数之外。可以如此处理：

• 若析构函数抛出异常，调用std::abort()来终止程序。
• 在析构函数中catch捕获异常并作处理。