一个典型的异常处理包含如下几个步骤：

（1）程序执行时发生错误；

（2）以一个异常对象（最简单的是一个整数）记录错误的原因及相关信息；

（3）程序检测到这个错误（读取异常对象）；

（4）程序决定如何处理错误；

（5）进行错误处理，并在此后恢复/终止程序的执行。

C、C++、MFC及SEH在这几个步骤中表现出了不同的特点。本文将对这四种异常处理进行介绍，并对它们进行对比分析。本文例程的调试平台为Visual C++6.0，操作系统为Windows XP，所有程序均调试通过。

在进入正式的讲解之前，先说几句废话。许多的编程新手对异常处理视而不见，程序里很少考虑异常情况。一部分人甚至根本就不考虑，以为程序总是能以正确的途径运行。譬如我们有的程序设计者调用fopen打开一个文件后，立马就开始进行读写操作，根本就不考虑文件是否正常打开了。这种习惯一定要改掉，纵使你再不愿意！这是软件健壮性的需要！异常处理不是浪费时间！

1.C语言异常处理

1.1 异常终止

标准C库提供了abort()和exit()两个函数，它们可以强行终止程序的运行，其声明处于<stdlib.h>头文件中。这两个函数本身不能检测异常，但在C程序发生异常后经常使用这两个函数进行程序终止。下面的这个例子描述了exit()的行为：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void)

{

exit(EXIT_SUCCESS);

printf("程序不会执行到这里\n");

return 0;

}

在这个例子中，main函数一开始就执行了exit函数（此函数原型为void exit(int)），因此，程序不会输出"程序不会执行到这里"。程序中的exit(EXIT_SUCCESS)表示程序正常结束，与之对应的exit(EXIT_FAILURE)表示程序执行错误，只能强行终止。EXIT_SUCCESS、EXIT_FAILURE分别定义为0和1。

对于exit函数，我们可以利用atexit函数为exit事件"挂接"另外的函数，这种"挂接"有点类似Windows编程中的"钩子"（Hook）。譬如：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

static void atExitFunc(void)

{

printf("atexit挂接的函数\n");

}

int main(void)

{

atexit(atExitFunc);

exit(EXIT_SUCCESS);

printf("程序不会执行到这里\n");

return 0;

}

程序输出"atexit挂接的函数"后即终止。来看下面的程序，我们不调用exit函数，看看atexit挂接的函数会否执行：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

static void atExitFunc(void)

{

printf("atexit挂接的函数\n");

}

int main(void)

{

atexit(atExitFunc);

//exit(EXIT_SUCCESS);

printf("不调用exit函数\n");

return 0;

}

程序输出：

不调用exit函数

atexit挂接的函数

这说明，即便是我们不调用exit函数，当程序本身退出时，atexit挂接的函数仍然会被执行。

atexit可以被多次执行，并挂接多个函数，这些函数的执行顺序为后挂接的先执行，例如：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

static void atExitFunc1(void)

{

printf("atexit挂接的函数1\n");

}

static void atExitFunc2(void)

{

printf("atexit挂接的函数2\n");

}

static void atExitFunc3(void)

{

printf("atexit挂接的函数3\n");

}

int main(void)

{

atexit(atExitFunc1);

atexit(atExitFunc2);

atexit(atExitFunc3);

return 0;

}

输出的结果是：

atexit挂接的函数3

atexit挂接的函数2

atexit挂接的函数1

在Visual C++中，如果以abort函数（此函数不带参数，原型为void abort(void)）终止程序，则会在debug模式运行时弹出如图1所示的对话框。

图1 以abort函数终止程序

1.2 断言(assert)

assert宏在C语言程序的调试中发挥着重要的作用，它用于检测不会发生的情况，表明一旦发生了这样的情况，程序就实际上执行错误了，例如strcpy函数：

char *strcpy(char *strDest, const char *strSrc)

{

char *address = strDest;

assert((strDest != NULL) && (strSrc != NULL));

while ((*strDest++ = *strSrc++) != ’\0’)

;

return address;

}

其中包含断言assert( (strDest != NULL) && (strSrc != NULL) )，它的意思是源和目的字符串的地址都不能为空，一旦为空，程序实际上就执行错误了，会引发一个abort。

assert宏的定义为：

#ifdef NDEBUG

#define assert(exp) ((void)0)

#else

#ifdef __cplusplus

extern "C"

{

#endif

_CRTIMP void __cdecl _assert(void *, void *, unsigned);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#define assert(exp) (void)( (exp) || (_assert(#exp, __FILE__, __LINE__), 0) )

#endif /* NDEBUG */

如果程序不在debug模式下，assert宏实际上什么都不做；而在debug模式下，实际上是对_assert()函数的调用，此函数将输出发生错误的文件名、代码行、条件表达式。例如下列程序：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <assert.h>

char * myStrcpy( char *strDest, const char *strSrc )

{

char *address = strDest;

assert( (strDest != NULL) && (strSrc != NULL) );

while( (*strDest++ = *strSrc++) != ’\0’ );

return address;

}

int main(void)

{

myStrcpy(NULL,NULL);

return 0;

}

在此程序中，为了避免我们的strcpy与C库中的strcpy重名，将其改为myStrcpy。程序的输出如图2：

图2 assert的输出

失败的断言也会弹出如图1所示的对话框，这是因为_assert()函数中也调用了abort()函数。

一定要记住的是assert本质上是一个宏，而不是一个函数，因而不能把带有副作用的表达式放入assert的"参数"中。

1.3 errno

errno在C程序中是一个全局变量，这个变量由C运行时库函数设置，用户程序需要在程序发生异常时检测之。C运行库中主要在math.h和stdio.h头文件声明的函数中使用了errno，前者用于检测数学运算的合法性，后者用于检测I/O操作中（主要是文件）的错误，例如：

#include <errno.h>

#include <math.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

errno = 0;

if (NULL == fopen("d:\\1.txt", "rb"))

{

printf("%d", errno);

}

else

{

printf("%d", errno);

}

return 0;

}

在此程序中，如果文件打开失败（fopen返回NULL），证明发生了异常。我们读取error可以获知错误的原因，如果D盘根目录下不存在"1.txt"文件，将输出2，表示文件不存在；在文件存在并正确打开的情况下，将执行到else语句，输出0，证明errno没有被设置。

Visual C++提供了两种版本的C运行时库。-个版本供单线程应用程序调用，另一个版本供多线程应用程序调用。多线程运行时库与单线程运行时库的一个重大差别就是对于类似errno的全局变量，每个线程单独设置了一个。因此，对于多线程的程序，我们应该使用多线程C运行时库，才能获得正确的error值。

另外，在使用errno之前，我们最好将其设置为0，即执行errno = 0的赋值语句。

1.4 其它

除了上述异常处理方式外，在C语言中还支持非局部跳转（使用setjmp和longjmp）、信号（使用signal、raise）、返回错误值或回传错误值给参数等方式进行一定能力的异常处理，但是其使用不如1.1~1.3节所介绍方式常用，我们不必过细研究。

从以上分析可知，C语言的异常处理是简单而不全面的。与C++的异常处理比起来，C语言异常处理相形见绌，它就像娘胎里的雏婴。

2.C++语言异常处理

2.1 C++异常处理语法

感谢C++语言的后期改造者们，他们在标准C++语言中专门集成了异常处理的相关语法（与之不同的是，所有的C 标准库异常体系都需要运行库的支持，它不是语言内核支持的）。当然，异常处理被加到程序设计语言中，也是程序语言发展和逐步完善的必然结果。我们看到，C++不是唯一集成异常处理的语言。

C++的异常处理结构为：

try

{

//可能引发异常的代码

}

catch(type_1 e)

{

// type_1类型异常处理

}

catch(type_2 e)

{

// type_2类型异常处理

}

catch (...)//会捕获所有未被捕获的异常，必须最后出现

{

}

而异常的抛出方式为使用throw(type e)，try、catch和throw都是C++为处理异常而添加的关键字。看看这个例子：

#include <stdio.h>

//定义Point结构体（类）

typedef struct tagPoint

{

int x;

int y;

} Point;

//扔出int异常的函数

static void f(int n)

{

throw 1;

}

//扔出Point异常的函数

static void f(Point point)

{

Point p;

p.x = 0;

p.y = 0;

throw p;

}

int main()

{

Point point;

point.x = 0;

point.y = 0;

try

{

f(point); //抛出Point异常

//f(1); //抛出int异常

}

catch (int e)

{

printf("捕获到int异常：%d\n", e);

}

catch (Point e)

{

printf("捕获到Point异常:(%d,%d)\n", e.x, e.y);

}

return 0;

}

函数f定义了两个版本：f(int)和f(Point)，分别抛出int和Point异常。当main函数的try{…}中调用f(point)时和f(1)时，分别输出：

捕获到Point异常:(0,0)

和

捕获到int异常：1

在C++中，throw抛出异常的特点有：

（1）可以抛出基本数据类型异常，如int和char等；

（2）可以抛出复杂数据类型异常，如结构体（在C++中结构体也是类）和类；

（3）C++的异常处理必须由调用者主动检查。一旦抛出异常，而程序不捕获的话，那么abort()函数就会被调用，弹出如图1所示的对话框，程序被终止；

（4）可以在函数头后加throw([type-ID-list])给出异常规格，声明其能抛出什么类型的异常。type-ID-list是一个可选项，其中包括了一个或多个类型的名字，它们之间以逗号分隔。如果函数没有异常规格指定，则可以抛出任意类型的异常。

2.2 标准异常

下面给出了C++提供的一些标准异常：

namespace std

{

//exception派生

class logic_error; //逻辑错误,在程序运行前可以检测出来

//logic_error派生

class domain_error; //违反了前置条件

class invalid_argument; //指出函数的一个无效参数

class length_error; //指出有一个超过类型size_t的最大可表现值长度的对象的企图

class out_of_range; //参数越界

class bad_cast; //在运行时类型识别中有一个无效的dynamic_cast表达式

class bad_typeid; //报告在表达试typeid(*p)中有一个空指针p

//exception派生

class runtime_error; //运行时错误,仅在程序运行中检测到

//runtime_error派生

class range_error; //违反后置条件

class overflow_error; //报告一个算术溢出

class bad_alloc; //存储分配错误

}

请注意观察上述类的层次结构，可以看出，标准异常都派生自一个公共的基类exception。基类包含必要的多态性函数提供异常描述，可以被重载。下面是exception类的原型：

class exception

{

public:

exception() throw();

exception(const exception& rhs) throw();

exception& operator=(const exception& rhs) throw();

virtual ~exception() throw();

virtual const char *what() const throw();

};

其中的一个重要函数为what()，它返回一个表示异常的字符串指针。下面我们从exception类派生一个自己的类：

#include <iostream>

#include <exception>

using namespace std;

class myexception:public exception

{

public:

myexception():exception("一个重载exception的例子")

{}

};

int main()

{

try

{

throw myexception();

}

catch (exception &r) //捕获异常

{

cout << "捕获到异常：" << r.what() << endl;

}

return 0;

}

程序运行，输出：

捕获到异常：一个重载exception的例子

一般的，我们直接以基类捕获异常，例如，本例中使用了

catch (exception &r)

然后根据基类的多态性进行处理，这是因为基类中的what函数是虚函数。

2.3异常处理函数

在标准C++中，还定义了数个异常处理的相关函数和类型（包含在头文件<exception>中）：

namespace std

{

//EH类型

class bad_exception;

class exception;

typedef void (*terminate_handler)();

typedef void (*unexpected_handler)();

// 函数

terminate_handler set_terminate(terminate_handler) throw();

unexpected_handler set_unexpected(unexpected_handler) throw();

void terminate();

void unexpected();

bool uncaught_exception();

}

其中的terminate相关函数与未被捕获的异常有关，如果一种异常没有被指定catch模块，则将导致terminate()函数被调用，terminate()函数中会调用ahort()函数来终止程序。可以通过set_terminate(terminate_handler)函数为terminate()专门指定要调用的函数，例如：

#include <cstdio>

#include <exception>

using namespace std;

//定义Point结构体（类）

typedef struct tagPoint

{

int x;

int y;

} Point;

//扔出Point异常的函数

static void f()

{

Point p;

p.x = 0;

p.y = 0;

throw p;

}

//set_terminate将指定的函数

void terminateFunc()

{

printf("set_terminate指定的函数\n");

}

int main()

{

set_terminate(terminateFunc);

try

{

f(); //抛出Point异常

}

catch (int) //捕获int异常

{

printf("捕获到int异常");

}

//Point将不能被捕获到,引发terminateFunc函数被执行

return 0;

}

这个程序将在控制台上输出 "set_terminate指定的函数" 字符串，因为Point类型的异常没有被捕获到。当然，它也会弹出图1所示对话框（因为调用了abort()函数）。

上述给出的仅仅是一个set_terminate指定函数的例子。在实际工程中，往往使用set_terminate指定的函数进行一些清除性的工作，其后再调用exit(int)函数终止程序。这样，abort()函数就不会被调用了，也不会输出图1所示对话框。

关于标准C++的异常处理，还包含一些比较复杂的技巧和内容，我们可以查阅《more effective C++》的条款9～条款15。

3.MFC异常处理

MFC中异常处理的语法和语义构建在标准C++异常处理语法和语义的基础之上，其解决方案为：

MFC异常处理 = MFC 异常处理类 ＋ 宏

3.1宏

MFC定义了TRY、CATCH（及AND_CATCH、END_CATCH）和THROW（及THROW_LAST）等用于异常处理的宏，其本质上也是标准C++的try、catch和throw的进一步强化，由这些宏的定义可知：

#ifndef _AFX_OLD_EXCEPTIONS

#define TRY { AFX_EXCEPTION_LINK _afxExceptionLink; try {

#define CATCH(class, e) } catch (class* e) \

{ ASSERT(e->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(class))); \

_afxExceptionLink.m_pException = e;

#define AND_CATCH(class, e) } catch (class* e) \

{ ASSERT(e->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(class))); \

_afxExceptionLink.m_pException = e;

#define END_CATCH } }

#define THROW(e) throw e

#define THROW_LAST() (AfxThrowLastCleanup(), throw)

// Advanced macros for smaller code

#define CATCH_ALL(e) } catch (CException* e) \

{ { ASSERT(e->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CException))); \

_afxExceptionLink.m_pException = e;

#define AND_CATCH_ALL(e) } catch (CException* e) \

{ { ASSERT(e->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CException))); \

_afxExceptionLink.m_pException = e;

#define END_CATCH_ALL } } }

#define END_TRY } catch (CException* e) \

{ ASSERT(e->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CException))); \

_afxExceptionLink.m_pException = e; } }

这些宏在使用语法上，有如下特点：

（1）用TRY 块包含可能产生异常的代码；

（2）用CATCH块检测并处理异常。要注意的是，CATCH块捕获到的不是异常对象，而是指向异常对象的指针。此外，MFC靠动态类型来辨别异常对象；

（3）可以在一个TRY 块上捆绑多个异常处理捕获块，第一次捕获使用宏CATCH，以后的使用AND_CATCH，而END_CATCH则用来结束异常捕获队列；

（4）在异常处理程序内部，可以用THROW_LAST 再次抛出最近一次捕获的异常。

3.2 MFC 异常处理类

MFC较好地将异常封装到CException类及其派生类中，自成体系，下表给出了MFC 提供的预定义异常：

标准C++的异常处理可以处理任意类型的异常，而3.1节的MFC 宏则只能处理CException 的派生类型，下面我们看一个CFileException的使用例子：

#include <iostream.h>

#include "afxwin.h"

int main()

{

TRY

{

CFile f( "d:\\1.txt", CFile::modeWrite );

}

CATCH( CFileException, e )

{

if( e->m_cause == CFileException::fileNotFound )

cout << "ERROR: File not found\n" << endl;

}

END_CATCH

}

在这个程序中，如果D盘根目录下不存在"1.TXT"这个文件，将抛出CFileException异常，而且错误原因成员变量m_cause被设置为fileNotFound，我们以CATCH( CFileException, e )就可以捕获到。错误原因被定义为CFileException中的枚举(enum)，如下：

enum {

none,

generic,

fileNotFound,

badPath,

tooManyOpenFiles,

accessDenied,

invalidFile,

removeCurrentDir,

directoryFull,

badSeek,

hardIO,

sharingViolation,

lockViolation,

diskFull,

endOfFile

};

我们在使用MFC相关类时，MFC会自动抛出异常，当然我们也可以自行在程序中利用AfxThrowXXXException()抛出各种类型的异常，其中的XXX与前文的MFC异常类表对应。我们看AfxThrowFileException的例子：

#include <iostream.h>

#include "afxwin.h"

int main()

{

TRY

{

AfxThrowFileException(CFileException::fileNotFound);

}

CATCH( CFileException, e )

{

if( e->m_cause == CFileException::fileNotFound )

cout << "ERROR: File not found\n" << endl;

}

END_CATCH

}

在此程序中，我们在TRY块自行利用MFC提供的全局函数AfxThrowFileException抛出了CFileException异常，其后在CATCH块抓住了这个异常。

MFC建议不再使用TRY、CATCH和THROW宏，而是直接使用标准C++的方式。

4.结构化异常处理

结构化异常处理（Structured Exception Handling，简称SEH）是微软针对Windows程序异常处理进行的扩展，在Visual C++中，它同时支持C和C++语言。SEH不宜与标准C++异常处理和MFC异常处理混用，对于C++程序，微软建议使用标准C++的异常处理。

为了支持SEH，Visual C++中定义了四个关键字（由于这些关键字是非标准关键字，其它编译器不一定支持），用以扩展C 和C++语言：

（1）__except

（2）__finally

（3）__leave

（4）__try

其基本语法为：

__try

{

...//可能导致异常的被监控代码块

}

__except(filter-expression)

{

...//异常处理函数

}

或：

__try

{

...

}

__finally

{

...//终止

}

其执行的步骤如下：

（1）__try块被执行；

（2）如果__try块没有出现异常，则执行到__except块之后；否则，执行到__except块，根据filter-expression的值决定异常处理方法：

a. filter-expression的值为EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION (-1)

恢复异常，从发生异常处下面开始执行，异常处理函数本身不被执行；

b. filter-expression的值为EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH (0)

异常不被识别，拒绝捕获异常，继续搜索下一个异常处理函数；

c. filter-expression的值为EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER (1)

异常被识别，终止异常，从异常发生处开始退栈，一路上遇到的终止函数都被执行。

看看这个例子：

//例4-1

#include "stdio.h"

void main()

{

int* p = NULL; // 定义一个空指针

puts("SEH begin");

__try

{

puts("in try");

__try

{

puts("in try");

*p = 0; // 引发一个内存访问异常

}

__finally

{

puts("in finally");

}

}

__except(puts("in filter"), 1)

{

puts("in except");

}

puts("SEH end");

}

程序的输出为：

SEH begin

in try //执行__try块

in try //执行嵌入的__try块

in filter //执行filter-expression，返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER

in finally //展开嵌入的__finally

in except //执行对应的__except块

SEH end //处理完毕

如果我们把__except(puts("in filter"), 1)改为__except(puts("in filter"), 0)，程序的输出将变为：

SEH begin

in try //执行__try块

in try //执行嵌入的__try块

in filter //执行filter-expression，返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH

in finally //展开嵌入的__finally

程序的执行也告崩溃，弹出如图3所示的对话框。

图3 不能被正确执行的SEH

要想这个程序能正确地执行，我们可以在第一个__try块的外面再套一个__try块和一个接收filter-expression返回值为EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER的__except块，程序改为：

//例4-2

#include "stdio.h"

void main()

{

int* p = NULL; // 定义一个空指针

puts("SEH begin");

__try

{

__try

{

puts("in try");

__try

{

puts("in try");

*p = 0; // 引发一个内存访问异常

}

__finally

{

puts("in finally");

}

}

__except(puts("in filter"), 0)

{

puts("in except");

}

}

__except(puts("in filter"), 1)

{

puts("in except");

}

puts("SEH end");

}

程序输出：

SEH begin

in try //执行__try块

in try //执行嵌入的__try块

in filter1 //执行filter-expression，返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH

in filter2 //执行filter-expression，返回EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER

in finally //展开嵌入的__finally

in except2 //执行对应的__except块

SEH end //处理完毕

由此可以看出，因为第一个__except的filter-expression返回EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH 的原因，"in except1"没有被输出。程序之所以没有崩溃，是因为最终碰到了接收EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER的第2个__except。

SEH使用复杂的地方在于较难控制异常处理的流动方向，弄不好程序就"挂"了。如果把例4-1中的__except(puts("in filter"), 1)改为__except(puts("in filter"), -1)，程序会进入一个死循环，输出：

SEH begin

in try //执行__try块

in try //执行嵌入的__try块

in filter //执行filter-expression，返回EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION

in filter

in filter

in filter

in filter

…//疯狂输出"in filter"

最后疯狂地输出"in filter"，我们把断点设置在__except(puts("in filter"), -1)语句之前，按F5会不断进入此断点。

5.各种异常处理的对比

下表给出了从各个方面对这本文所给出的Visual C++所支持的四种异常处理进行的对比：

本文所讲解的仅仅是Visual C++异常处理的初步知识，对于更深入的内容，还需要我们在不断的编程过程中去领悟和学习。

在程序设计过程中，我们不能嫌异常处理"麻烦"，对可能的错误视而不见、不加考虑。因为避免了异常处理的"麻烦"，将会给我们的程序带来更大的"麻烦"。而程序中包含必要的异常处理，也是对一位优秀程序员的基本要求。

来源：http://www.anqn.com/dev/vc/2009-05-24/a09110607.shtml

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