C++ | 异常处理问题8

在C++中，异常处理是一种非常有用的机制，可以帮助程序员避免程序运行过程中的错误导致程序崩溃。然而，在使用异常处理时，常常会遇到各种问题，需要谨慎使用。本篇文章将介绍异常处理中常见的问题之一：异常处理中的调用构造函数和析构函数的顺序问题。

问题描述

在C++中，当发生异常时，程序会跳转到最近的异常处理语句，并执行相应的代码。在执行异常处理代码时，如果涉及到对象的构造函数和析构函数，就会出现一些问题。具体来说，当对象的构造函数和析构函数在异常处理中被调用时，程序执行的顺序与预期可能不一致，导致程序出现未定义的行为甚至崩溃。

问题分析

在C++中，对象的构造函数和析构函数的执行顺序是固定的：先构造父类对象，再构造成员对象，最后构造自身对象；析构的顺序则与构造相反。然而，在异常处理中，由于存在跨栈跳转的现象，程序的执行顺序可能会被打乱，导致构造和析构的顺序与预期不一致。具体来说，当对象构造过程中发生异常时，已经构造完成的父类和成员对象的析构函数不会被调用，只有已经构造好的自身对象会调用析构函数；当程序跳转到异常处理代码时，上述已经构造好的对象会先调用其析构函数，然后才会调用还未构造完成的对象的析构函数。

这种情况下，如果上述已经构造好的对象和还未构造完成的对象之间存在依赖关系，就会导致程序出现未定义行为或崩溃。例如，如果已经构造好的对象是成员对象，而还未构造完成的对象是其所在类的成员函数所创建的局部对象，且需要用到成员对象的资源进行初始化，则会出现未定义的行为或崩溃。

解决方案

为了避免在异常处理中出现构造和析构顺序混乱的问题，可以采用以下几种方案：

• 尽量避免在异常处理中调用构造函数和析构函数；
• 在异常处理中调用的构造函数和析构函数应尽量简单，避免使用复杂的逻辑或依赖关系；
• 对于涉及到跨栈的对象初始化和析构，可以考虑使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）技术，即在对象构造时分配资源，在对象析构时释放资源。这样，即使在异常处理中程序跳转到其他栈，也能保证资源的正确分配和释放，避免出现未定义的行为或崩溃；
• 在使用异常处理时，应尽量避免使用裸指针或裸数组，尽量使用智能指针或容器等RAII封装的类型，避免手动分配和释放内存。

示例代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Resource {
public:
    Resource() {
        cout << "Allocate resource." << endl;
    }
    ~Resource() {
        cout << "Deallocate resource." << endl;
    }
};

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        cout << "Construct MyClass." << endl;
        throw "Oops";
    }
    ~MyClass() {
        cout << "Destruct MyClass." << endl;
    }
private:
    Resource res_;
};

void foo() {
    try {
        MyClass obj;
    }
    catch (...) {
        cout << "Handle exception." << endl;
    }
}

int main() {
    foo();
    return 0;
}

上述示例代码中，定义了Resource和MyClass两个类。Resource类用于管理资源的分配和释放，MyClass类的构造函数中抛出了一个异常。在main函数中调用foo函数，由于foo函数调用过程中MyClass的构造函数抛出了异常，程序会跳转到catch语句块中的异常处理代码。在异常处理过程中，MyClass对象的析构函数会被调用，由于res_成员对象的析构函数未被调用，会导致Resource类中分配的资源未被释放，出现内存泄漏。

为了解决这个问题，可以对MyClass类进行改进，使用RAII技术实现资源的正确分配和释放。改进后的代码如下：

class Resource {
public:
    Resource() {
        cout << "Allocate resource." << endl;
    }
    ~Resource() {
        cout << "Deallocate resource." << endl;
    }
};

class MyClass {
public:
    MyClass() : res_() {
        cout << "Construct MyClass." << endl;
        throw "Oops";
    }
    ~MyClass() {
        cout << "Destruct MyClass." << endl;
    }
private:
    Resource res_;
};

void foo() {
    try {
        MyClass obj;
    }
    catch (...) {
        cout << "Handle exception." << endl;
    }
}

int main() {
    foo();
    return 0;
}

上述代码中，将MyClass类中的Resource对象res_使用了初始化列表进行初始化，使其与MyClass对象一起进行构造和析构。这样，在异常处理过程中，MyClass对象的析构函数会先调用res_的析构函数，再调用自身的析构函数，保证资源的正确释放，避免出现内存泄漏。

总结

在使用异常处理时，应当避免调用复杂的构造函数和析构函数，尽量使用简单的RAII技术实现资源的正确分配和释放，避免出现未定义的行为或崩溃。如果需要在异常处理中进行对象的初始化和析构，应尽量避免跨栈操作，使用智能指针或容器等RAII封装的类型，避免手动分配和释放内存。