MoreEffectiveC++Item35(异常)(条款9-15)
条款9 使用析构函数防止内存泄漏
条款10 在构造函数中防止内存泄漏
条款11 禁止异常信息传递到析构函数外
条款12 理解"抛出一个异常''与"传递一个参数"或调用一个函数的差别
条款13 以by reference的方式捕获异常
条款14 明智的运用 exception specifications
条款15 了解异常处理的成本
条款9 使用析构函数防止内存泄漏
1.
1 void processAdoptions(istream& dataSource) 2 { 3 while (dataSource) // 还有数据时,继续循环 4 { 5 ALA *pa = readALA(dataSource); //得到下一个动物 6 pa->processAdoption(); //处理收容动物 7 delete pa; //删除 readALA 返回的对象 8 } 9 }
如果在pa->processAdoption()时出现异常,则该方法后的方法将不在调用.也就是说pa指针不会被删除会造成内存泄漏问题
方法一:为了防止以上现象的发生我们可以使用try throw方法,但是这样完全破坏了你的代码,而且如果程序正常运行的话try和throw将无意义
1 void processAdoptions(istream& dataSource) 2 { 3 while (dataSource) 4 { 5 ALA *pa = readALA(dataSource); 6 try 7 { 8 pa->processAdoption(); 9 } 10 catch (...)// 捕获所有异常 11 { 12 delete pa; // 避免内存泄漏 13 //当异常抛出时 14 throw; // 传送异常给调用者 15 } 16 delete pa; // 避免资源泄漏 17 } // 当没有异常抛出时 18 }
方法二:auto_ptr类 (auto_ptr对象代替指针你将不在为堆对象不能删除而担心,因为auto_ptr的析构函数使用的是但对象形式的delete,所以auto_ptr不能用于指向对象数组的指针,但是可以用vector)
1 void processAdoptions(istream& dataSource) 2 { 3 while (dataSource) { 4 auto_ptr<ALA> pa(readALA(dataSource)); 5 pa->processAdoption(); 6 } 7 }
内存应该被封装在一个对象里,遵循这个规则,你通常就能避免在异常环境中发生内存泄漏
条款10 在构造函数中防止内存泄漏
1.如果构造函数中出现异常(如内存分配不够),那么它的析构函数将不会调用,C++的析构函数只会被调用在构造完整的对象.指示构造函数进行到哪种程度,无疑会降低C++的效率,所以C++并没有提供指示构造程度的函数
那么我们将如何防止这些,我忙呢创建一个通讯录类
代码1
1 class Image { // 用于图像数据 2 public: 3 Image(const string& imageDataFileName); 4 ... 5 }; 6 class AudioClip { // 用于声音数据 7 public: 8 AudioClip(const string& audioDataFileName); 9 ... 10 }; 11 class PhoneNumber { ... }; // 用于存储电话号码 12 class BookEntry { // 通讯录中的条目 13 public: 14 BookEntry(const string& name, 15 const string& address = "", 16 const string& imageFileName = "", 17 const string& audioClipFileName = ""); 18 ~BookEntry(); 19 // 通过这个函数加入电话号码 20 void addPhoneNumber(const PhoneNumber& number); 21 ... 22 private: 23 string theName; // 人的姓名 24 string theAddress; // 他们的地址 25 list<PhoneNumber> thePhones; // 他的电话号码 26 Image *theImage; // 他们的图像 27 AudioClip *theAudioClip; // 他们的一段声音片段 28 };
编写通讯录时,如果new的过程中发生异常那么Image和Audio由于构造不完整,将不会调用析构函数,导致内存泄漏
代码2
1 //错误实例 2 BookEntry::BookEntry(const string& name,const string& address,const string& imageFileName,const string& audioClipFileName) 3 : theName(name), theAddress(address), 4 theImage(0), theAudioClip(0) 5 { 6 if (imageFileName != "") { 7 theImage = new Image(imageFileName); 8 } 9 if (audioClipFileName != "") { 10 theAudioClip = new AudioClip(audioClipFileName); 11 } 12 } 13 BookEntry::~BookEntry() 14 { 15 delete theImage; 16 delete theAudioClip; 17 }
方法一:try构造函数,出现异常时 image和audio是对象会自动析构
代码3
BookEntry::BookEntry(const string& name,const string& address,const string& imageFileName,const string& audioClipFileName) : theName(name), theAddress(address), theImage(0), theAudioClip(0)//member initialization lists { try { // 这 try block 是新加入的 if (imageFileName != "") { theImage = new Image(imageFileName); } if (audioClipFileName != "") { theAudioClip = new AudioClip(audioClipFileName); } } catch (...) { // 捕获所有异常 delete theImage; // 完成必要的清除代码 delete theAudioClip; throw; // 继续传递异常 } }
member initialization lists 直接受experssions(表达式)不接受Statement(语句)
方法三:使用auto_ptr(参考条款9,将Image和Audio生命成资源)(推荐使用该方法)
代码4
class BookEntry { public: ... // 同代码1 private: ... const auto_ptr<Image> theImage; // 它们现在是 const auto_ptr<AudioClip> theAudioClip; // auto_ptr 对象 }; //这样做使得 BookEntry 的构造函数即使在存在异常的情况下也能做到不泄漏资源, //而且让我们能够使用成员初始化表来初始化 theImage 和 theAudioClip BookEntry::BookEntry(const string& name,const string& address,const string& imageFileName,const string& audioClipFileName) : theName(name), theAddress(address),
theImage(imageFileName != ""? new Image(imageFileName): 0), theAudioClip(audioClipFileName != ""? new AudioClip(audioClipFileName): 0) {} //析构函数可以写成 BookEntry::~BookEntry() {}
如果你用对应的 auto_ptr 对象替代指针成员变量,就可以防止构造函数在存在异常时放生资源泄漏,你一不用手工在析构函数中释放资源,并且你还能像以前使用非const指针一样使用const给其赋值
条款11 禁止异常信息传递到析构函数外
一个对象有两种情况下回调用析构函数
a.正常删除该对象.
b.异常传递的堆栈展开(stack-unwinding)由于系统异常导致对象被删除
如果在一个异常被激活的同时,析构函数也抛出异常,并导致程序控制权转移到析构函数外,C++将调用 terminate 函数(terminate函数如其名,立即终止掉你的程序,甚至连局部对象都没有释放)
禁止禁止异常信息传递到析构函数外有两个原因
1.程序的异常终止
下面 如果 logDestruction 抛出一个异常,会发生什么事呢?
代码1
1 class Session { 2 public: 3 Session(); 4 ~Session(); 5 ... 6 private: 7 static void logCreation(Session *objAddr);//记录对象创建 8 static void logDestruction(Session *objAddr);//记录对象释放 9 } 10 //析构函数 11 Session::~Session() 12 { 13 logDestruction(this); 14 }
异常没有被 Session 的析构函数捕获住,所以它被传递到析构函数的调用者那里。但是如果析构函数本身的调用就是源自于某些其它异常的抛出,那么 terminate 函数将被自动调用,彻底终止你的程序.
解决方案
代码2
Session::~Session() { try { logDestruction(this); } catch (...) { }//它并没有什么都没有,而是不抛出任何异常 }
它阻止了任何从logDestruction 抛出的异常被传递到 session 析构函数的外面。我们现在能高枕无忧了,无论 session 对象是不是在堆栈退栈(stack unwinding)中被释放,terminate 函数都不会被调用.
2.如果一个异常被析构函数抛出而没有在函数内部捕获住,那么析构函数就不会完全运行(它会停在抛出异常的那个地方上)。如果析构函数不完全运行,它就无法完成希望它做的所有事情
条款12 理解"抛出一个异常''与"传递一个参数"或调用一个函数的差别
1.相似:
函数return值和try throw exception,函数接受参数与catch捕获他们的声明相似,函数参数与exception传递方式都有三种:by value,by reference ,by pointer(本质上也是by value,但是thro pointer是不发生对象复制的,会发生指针复制)
2.差别:
1)尽管函数调用与异常抛出非常相似,但是发生的事情可能完全不同,调用函数时控制权最终会回到调用端(除非函数失败),但是抛出一个异常控制权不会在回到抛出端.
2)如果一个函数的调用参数为reference 那么实参不会被复制,但是catch无论是by value 还是by value 都会至少发生一次复制
有这样一个函数,参数类型是 Widget,并抛出一个 Widget 类型的异常:一个函数,从流中读值到 Widget 中
istream operator>>(istream& s, Widget& w); void passAndThrowWidget() { Widget localWidget; cin >> localWidget; //传递 localWidget 到 operator>> throw localWidget; // 抛出 localWidget 异常 }
localWidget交到operator>>时并没有发生复制,而是将参数w呗绑定在Widget上这和throw的情况完全不一样,无论被捕捉的exception是以什么形式(value,refernce)都会发生localWidget的复制,抛出后栈消亡Widget会调用析构函数(C++中一个对象被抛出异常时,总会发生复制,即使用static声明,抛出的异常还是一个被复制的副本)
3)函数的调用参数可以动态识别,但是抛出的对象不会动态识别
当对象被复制时调用的copy constructor,这个函数相应于对象的静态类型(而非动态类型)
class Widget { ... }; class SpecialWidget: public Widget { ... }; void passAndThrowWidget() { SpecialWidget localSpecialWidget; ... Widget& rw = localSpecialWidget; // rw 引用 SpecialWidget throw rw; //它抛出一个类型为 Widget// 的异常 }
4)函数调用可以局部变量传递指针,但是抛出exception不可抛出局部变量指针,因为抛出后该函数的栈空间会消亡,局部对象也会被销毁,因此catch子句会获得一个纸箱"已被销毁的对象,这是"义务性的copy原则",设计上要避免
5)catch语句在捕获异常时不会发生隐式类类型转换,但是支持两种转换"继承架构中的exception""和"有型指针转为无型指针"
void f(int value) { try { if (someFunction())
{ // 如果 someFunction()返回 throw value; //真,抛出一个整形值 ... } } catch (double d) { // 只处理 double 类型的异常不会接收int ... } ... }
继承架构中的exception: 这是一个针对exception的class
一个针对runtime_errors而编写的catch子句,可以捕获类型为range_error和overflow]_error的exception
有型指针转为无型指针:catch (const *void) //可以捕获任意类型的指针
6)传递参数和传播异常的最后一个不同点,catch子句总是会依出现的顺序进行匹配尝试
try{ ... } catch(logic_error &ex){//此语句块将捕获所有的logic_error 异常甚至包括其子类异常 ... } catch(invalid_argument& ex){//不会捕获到已被上面捕获 .. }
3.异常是其它对象的拷贝,这个事实影响到你如何在 catch 块中再抛出一个异常
catch (Widget& w) // 捕获 Widget 异常 { ... // 处理异常,重新抛出异常,让它继续传递,不会发生拷贝 throw; } catch (Widget& w) // 捕获 Widget 异常 { ... // 处理异常,传递被捕获异常的,发生拷贝 throw w; }
条款13 以by reference的方式捕获异常
1.正确的使用抛出指针类型异常相似于下面代码
class exception { ... }; // 来自标准 C++库(STL)中的异常类层次(参见条款 12) void someFunction() { static exception ex; // 异常对象 ... throw &ex; // 抛出一个指针,指向 ex ... } void doSomething() { try { someFunction(); // 抛出一个 exception* } catch (exception *ex) { // 捕获 exception*; ... // 没有对象被拷贝 } }
然而有很多人容易抛出一个局部变量的指针,如果抛出一个new exception 会涉及到一些删除问题和创建异常问题
2.有些时候抛出异常必须使用 by value 和 by reference:
如exception---bad_alloc(创建时内存不足异常),bad_cast(转换异常),bad_typeid(档dynamic_cast被施加一个null指针身上时),bad_exception(未预期的异常状态)这些都是对象不能使用抛出异常指针
3..使用by value的方式抛出异常时,容易发生切割(slicing)即不会动态识别.
4.虽然抛出reference会造成一些拷贝,但是优点多于缺点,推荐使用抛出引用
条款14 明智的运用 exception specifications
exception specifications即抛出指定的异常,如果一个函数指定了exception specifications但是抛出位列其中的异常那么特殊函数unexpected将会被调用(unexpected默认调用的是terminate会使程序abort)
考虑以下富人f1函数声明,它没有声明exception specificcation所以此函数可以抛出所有异常
extern void f1()
声明exception specifications的函数f2
void f2() throw(int) 直抛出int型的异常
在C++中f2调用f1 合法
void f2() throw(int) { ... f1(); // 即使 f1 可能抛出不是 int 类型的异常,这也是合法的。 ... }
这种弹性是必要的,即使f1抛出的异常导致程序异常终止所以我们要将这种不一致性降到最低
1.避免程序unexpected方法1:不应该将templates和exception specification混合使用
下面的template好像绝对不会抛出一个异常
template<class T> bool operator==(const T& lhs, const T& rhs) throw()//不抛出异常 { return &lhs == &rhs; }
但是如果某些类重载了operator&,那么该template有可能抛出一个operator&的异常导致程序异常终止
2.避免程序unexpected方法2:如果函数A调用了函数B 而B函数没有声明exception specifictions,那么A也不要声明
还有一点回调函数callback
1 // 一个 window 系统回调函数指针 2 //当一个 window 系统事件发生时 3 typedef void (*CallBackPtr)(int eventXLocation, 4 int eventYLocation, 5 void *dataToPassBack); 6 //window 系统类,含有回调函数指针, 7 //该回调函数能被 window 系统客户注册 8 class CallBack { 9 public: 10 CallBack(CallBackPtr fPtr, void *dataToPassBack) 11 : func(fPtr), data(dataToPassBack) {} 12 void makeCallBack(int eventXLocation, 13 int eventYLocation) const throw(); 14 private: 15 CallBackPtr func; // function to call when callback is made 16 void *data; // data to pass to callback 17 }; // function 为了实现回调函数,我们调用注册函数,事件的作标与注册数据做为函数参数。 18 void CallBack::makeCallBack(int eventXLocation, 19 int eventYLocation) const throw() 20 { 21 func(eventXLocation, eventYLocation, data); 22 }
这里在 makeCallBack 内调用 func,要冒违反异常规格的风险,因为无法知道 func 会抛出什么类型的异常
为了避免上述问题我们可以使用typedef
1 typedef void (*CallBackPtr)(int eventXLocation, 2 int eventYLocation, 3 void *dataToPassBack) throw();//这样定义 typedef 后,如果注册一个可能会抛出异常的 callback 函数将是非法的 4 5 // 一个没有异常规格的回调函数 6 void callBackFcn1(int eventXLocation, int eventYLocation, 7 void *dataToPassBack); 8 void *callBackData; 9 ... 10 CallBack c1(callBackFcn1, callBackData);//错误!callBackFcn1 可能 抛出异常 11 12 //带有异常规格的回调函数 13 void callBackFcn2(int eventXLocation, 14 int eventYLocation, 15 void *dataToPassBack) throw(); 16 CallBack c2(callBackFcn2, callBackData);// 正确,callBackFcn2 没有异常规格
2.避免程序unexpected方法3:处理"系统可能抛出的异常"
1)阻止非预期的exception
例如你希望所有的 unexpected 异常都被替换UnexpectedException 对象。你能这样编写代码
1 class UnexpectedException {}; // 所有的 unexpected 异常对象被替换为这种类型对象 2 void convertUnexpected() // 如果一个 unexpected 异常被抛出,这个函数被调用 3 { 4 throw UnexpectedException(); 5 }
并以convertUnexpected函数替换缺省的unexpected函数,来使上述代码开始运行:set_unexpected(convertUnexpected);
任何非预期的异常都会调用convertUnexpected,于是UnexpectedException取代了unexpected,但是异常规格中没有包含UnexpectedException,那么terminate犹如未取代一样
(set_unexpected()使用详见http://www.cplusplus.com/reference/exception/set_unexpected/):
另一种把 unexpected 异常转变成知名类型的方法是替换 unexpected 函数,让其重新抛出当前异常,这样异常将被替换为bad_exception
void convertUnexpected() // 如果一个 unexpected 异常被 { //抛出,这个函数被调用它只是重新抛出当前异常 throw; } set_unexpected(convertUnexpected);// 安装 convertUnexpected做为 unexpected的替代品
如果这么做,你应该在所有的异常规格里包含 bad_exception(或它的基类,标准类exception)。你将不必再担心如果遇到 unexpected 异常会导致程序运行终止。任何不听话的异常都将被替换为 bad_exception,这个异常代替原来的异常继续传递
总之exception specification对于"函数希望抛出什么样的exception"提供了说明,并且对于抛出exception specification中未指定行为的情况提供了默认行为.但它也有其缺点:编译器只对它们做局部性检验导致很容易违反,可能会更上层的exception函数处理未预期的exception等.使用exception specification一定要考虑他所带来的程序行为是否是真正你想要的
条款15 了解异常处理的成本
1.为了支持运行期处理exception,编译器需要做大量的簿记工作:确认如果发生异常所需要析构的对象,记录每个try语句块对应的catch子句及其能够处理的exception类型等.编译器还需要在运行期做一些对比工作:在exception抛出时适当析构对象并找出正确的catch子句等.可见exception的使用需要大量成本
2.不同编译器以不同的方法实现try语句块,使用try语句块的代码整体膨胀大约5%~10%,执行速度也会下降这个数
3.不使用exception的前提是程序及其所链接的程序库没有一个用到try,throw或catch.对于避免exceptions的程序库而言,这有利于编译器完成性能优化,然而也必须保证"client端抛出的exceptions绝不会传入程序库",这不仅会对"client重新定义程序库内的虚函数"带来妨碍,也会对"client定制callback函数"带来排挤影响.
4.为了使你的异常开销最小化,只要可能就尽量采用不支持异常的方法编译程序,把使用 try 块和异常规格限制在你确实需要它们的地方,并且只有在确为异常的情况下(exceptional)才抛出异常。