C++学习之构造函数中的异常处理

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构造函数中可不可以抛出异常?当然可以。从语法上来说,是可以的;从实际情况来看,现在的软件系统日渐庞大和复杂,很难保证 Constructor 在执行过程中完全不发生一点异常。

那么,如果构造函数中抛出异常,会发生什么情况呢?

一、构造函数中抛出异常将导致对象的析构函数不被执行。

C++仅能 delete 被完全构造的对象(fully constructed objects),只有一个对象的构造函数完全运行完毕,这个对象才被完全地构造。所以如果在构造函数中抛出一个异常,这个异常将传递到创建对象的地方(程序控制权也会随之转移),这样对象就只是部分被构造,它的析构函数将不会被执行。

看下面的示例:

  1. #pragma once
  2. #include <iostream>
  3. #include <string>
  4. using namespace std;
  5. /******************类定义**********************/
  6. class person {
  7. public:
  8. person( const string& str):name(str)
  9. {
  10. //throw exception("测试:在构造函数中抛出一个异常");
  11. cout << "构造一个对象!" << endl;
  12. };
  13. ~person()
  14. {
  15. cout << "销毁一个对象!" << endl;
  16. };
  17. private:
  18. string name;
  19. };
  20. /******************测试类**********************/
  21. int main()
  22. {
  23. try
  24. {
  25. person me("songlee");
  26. }
  27. catch(exception e)
  28. {
  29. cout << e.what() << endl;
  30. };
  31. getchar();
  32. return 0;
  33. }
注意上面的 me 是一个局部对象,所以离开 try{} 的作用域,会自动执行析构函数。运行上述代码,输出结果如下:

  1. 构造一个对象!
  2. 销毁一个对象!
如果在构造函数中抛出一个异常(去掉注释),输出结果如下:

测试:在构造函数中抛出一个异常

可以看出,析构函数没有被自动执行。为什么“构造一个对象!”也没有输出呢?因为程序控制权转移了,所以在异常点以后的语句都不会被执行。

二、构造函数抛出异常可能导致内存泄露

  1. #pragma once
  2. #include <string>
  3. #include <iostream>
  4. using namespace std;
  5. class A {
  6. public:
  7. A(){};
  8. };
  9. class B {
  10. public:
  11. B() {
  12. //throw exception("测试:在B的构造函数中抛出一个异常");
  13. cout << "构造 B 对象!" << endl;
  14. };
  15. ~B(){ cout << "销毁 B 对象!" << endl; };
  16. };
  17. class Tester {
  18. public:
  19. Tester( const string& name, const string& address);
  20. ~Tester();
  21. private:
  22. string theName;
  23. string theAddress;
  24. A *a;
  25. B *b;
  26. };
上面声明了三个类(A、B、Tester),其中Tester类的构造函数和析构函数定义如下:

  1. Tester::Tester( const string& name, const string& address):
  2. theName(name),
  3. theAddress(address)
  4. {
  5. a = new A();
  6. b = new B(); // <——
  7. cout << "构造 Tester 对象!" << endl;
  8. }
  9. Tester::~Tester()
  10. {
  11. delete a;
  12. delete b;
  13. cout << "销毁 Tester 对象!" << endl;
  14. }

在构造函数中,动态的分配了内存空间给a、b两个指针。析构函数负责删除这些指针,确保Tester对象不会发生内存泄露(C++中delete一个空指针也是安全的)。

  1. int main()
  2. {
  3. Tester *tes = NULL;
  4. try
  5. {
  6. tes = new Tester( "songlee", "201");
  7. }
  8. catch(exception e)
  9. {
  10. cout << e.what() << endl;
  11. };
  12. delete tes; // 删除NULL指针是安全的
  13. getchar();
  14. return 0;
  15. }
运行输出结果:

  1. 构造 B 对象!
  2. 构造 Tester 对象!
  3. 销毁 B 对象!
  4. 销毁 Tester 对象!

看上去好像一切良好,在正常情况下确实没有错。但是在有异常的情况下,恐怕就不会良好了。

试想在 Tester 的构造函数执行时,b = new B()抛出了异常:可能是因为operator new不能给B对象分配足够的内存,也可能是因为 B 的构造函数自己抛出了一个异常。不论什么原因,在 Tester 构造函数内抛出异常,这个异常将传递到建立 Tester 对象的地方(程序控制权也会转移)。

在 B 的构造函数里抛出异常(去掉注释)时,程序运行结果如下:

测试:在B的构造函数中抛出一个异常

可以看出,C++拒绝为没有完成构造操作的对象调用析构函数,即使你使用了delete语句。由于 Tester 的析构函数不会执行,所以给A对象 a 动态分配(new)的空间无法释放,将造成内存泄露。

注:不用为 Tester 对象中的非指针数据成员操心,因为它们不是new出来的,且在异常抛出之前已经构造完全,所以它们会自动逆序析构。

三、解决上述内存泄露的方法

因为当对象在构造中抛出异常后C++不负责清除(动态分配)的对象,所以你必须重新设计构造函数以让它们自己清除。常用的方法是捕获所有的异常,然后执行一些清除代码,最后再重新抛出异常让它继续传递。

示例代码如下:

  1. Tester::Tester( const string& name, const string& address):
  2. theName(name),
  3. theAddress(address),
  4. a( NULL), // 初始化为空指针是必须的
  5. b( NULL)
  6. {
  7. try
  8. {
  9. a = new A();
  10. b = new B();
  11. }
  12. catch(...) // 捕获所有异常
  13. {
  14. delete a;
  15. delete b;
  16. throw; // 继续传递异常
  17. }
  18. }

另一种更好的方法是使用智能指针(smart pointer),不过关于智能指针的内容比较多,在这里就不说了。







总结:

  • 在构造函数中抛出异常是C++中通知对象构造失败的唯一方法。

  • 构造函数中抛出异常,对象的析构函数将不会被执行。

  • 构造函数抛出异常时,本应该在析构函数中被delete的对象没有被delete,会导致内存泄露。

  • 当对象发生部分构造时,已经构造完毕的子对象(非动态分配)将会逆序地被析构。


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