Chap 17 異常處理 目之與形，吾不知其異也，而盲者不能自見， 耳之與形，吾不知其異也，而聾者不能自聞； 心之與形，吾不知其異也，而狂者不能自得。 形之與形亦辟矣，而物或間之邪？ 《莊子﹒雜篇 卷八上第二十三庚桑楚》 一個完整的程式即使遇到了異常狀況，也要可以正常結束。

Chap 17 異常處理 17.1　異常及其特性 17.2　異常處理的基本語法 17.3　異常的處理過程 17.4　丟擲enum實例做為異常物件 17.5　丟擲類別所定義的物件

17.1 異常 (exceptions) 異常指的是所有可以造成電腦無法正常處理的狀 況。 經常遇到的異常狀況可以分為五種： 1. 資源不足: 又分為「記憶體不足」 (out of memory) 和「儲存空間耗盡」兩種情況。 2. 開檔失敗: 又分為「讀檔」和「存檔」兩種情況。 3. 越界: 索引超過上限或低於下限。 4. 除數為零: 在進行數值除法運算時，經常造成當機。 5. 使用者輸入錯誤

異常的幾個特性 1. 發生時，電腦無法正常地繼續執行工作。 2. 在程式寫作時，無法預知何時會發生。 3. 無法避免，但是可以預先做好因應對策。

當異常發生的可能結果 1. 無預警地突然結束或當機。 2. 程式自動結束，但沒有任何相關訊息。 3. 發出警告訊息後程式自行正常結束。 4. 自行跳過異常部份，但其後的運算可能沒有意義。 5. 通知使用者異常發生的種類，並引導使用者逐步排除異常後繼續工作。

17.2 異常處理的基本語法 C++ 提供了try (嚐試)，throw (丟擲)，和 catch (捕捉) 三個關鍵字。 把所有可能發生異常的敘述都放在「try區 塊」(try block)。

throw敘述 (throw statement) 和catch區塊 在所有可能發生異常的敘述之前，都可以使 用「throw敘述」丟擲出一個異常訊息物件 (the exception message object)。 通常「throw敘述」都不直接在「try區塊」 之內，而是在「try區塊所呼叫的函數」內。 「catch區塊」用來承接由相關「throw敘 述」所丟出來的訊息物件。

實例: 以「異常處理」的方式阻止程式進行除以零的運算。 我們將程式區分為Exception.cpp和FncLib.cpp兩 個檔案： 1. 檔案Exception.cpp為主程式，包括呼叫函數Divide() 的「try 區塊」，以及準備接收訊息物件的「catch 區塊」。 2. 檔案FncLib.cpp包括的是函數Divide() 的定義。當異常 (除數為零) 發生時，執行「throw敘述」以丟擲出字串訊息物件： throw "除數為零!";

範例程式 檔案 Exception.cpp // Exception.cpp #include <iostream> using namespace std; // --- 函數 Divide() 的原型 ---------------------- float Divide(float, float); // --------- 主程式 ----------------------------- int main() { float M, N; try // 「try 區塊」的開頭 cout << "請輸入兩個數字,\n" << endl; cout << "請輸入第一個數字 :" << endl;

cin >> M; cout << "請輸入第二個數字 :" << endl; cin >> N; cout << "您輸入了 : " << M << " 和 " << N << endl; cout << "這兩個數字相除的結果是: " << Divide(M,N) << endl; } // 「try 區塊」的結尾 catch (char* pError) // 「catch 區塊」的開頭 { cerr << "發生異常: " << pError << endl; } // 「catch 區塊」的結尾 return 0; }

範例程式 檔案 FncLib.cpp // FncLib.cpp #include <cmath> using std::fabs; const float Epsilon = 1.0E-16; // --- 定義函數 Divide() ---------------------------- float Divide(float a, float b) { if (fabs(b) <= Epsilon) throw "除數為零!"; // 「throw 敘述」 return a / b; }

操作結果 兩個典型操作過程的記錄： 操作1 操作2 請輸入兩個數字, 請輸入第一個數字: 23.5 請輸入第二個數字: 7.92 您輸入了 : 23.5 和 7.92 這兩個數字相除的結果是: 2.96717 656.3 您輸入了 : 656.3 和 0 發生異常: 除數為零!

堆疊 (stack) 加入、移出的動作遵守「後進先出」的原 則，就好像我們堆積碗盤的過程，因此稱 為堆疊。

呼叫堆疊(call stack)因為函數閒互相呼叫而發生的變化 假設Fnc0() 內的敘述呼叫了Fnc1()，而Fnc1() 內 的敘述又呼叫了Fnc2()，則形成的堆疊(stack)就 會是：

17.3 異常的處理過程

執行throw敘述 它所在的函數立即執行return的動作，並同時叫 用解構函數 (destructor)。 如果在返回後的函數中找不到吻合的「catch區 塊」，將持續展開堆疊(unwinding the stack)。 如果找不到相吻合的「catch區塊」，就會被預 設的處理函數攔截，並在發出以下的訊息後立即 自動結束程式： Some exceptions happened.

捕捉所有遺漏異常物件的「catch區塊」 異常物件之區塊 (catch-all block)，語法如下： catch (...) { // 捕捉之後的動作敘述放在這裏 } 其中三個點「...」代表「所有可能」的意思。

17.4 丟擲enum實例做為異常物件 例如： 宣告enum資料型態ErrorStates： enum ErrorStates {OK, OverFlow, UnderFlow};  定義一個ErrorStates實例，稱為State並初始化為OK： ErrorStates State = OK;

在異常發生前改變State的值並將其擲出 例如： State = OverFlow; throw State;

在「catch區塊」前，宣告與enum資料型態吻 合的實例 catch (ErrorStates Error) { // 捕捉之後的敘述 }

使用enum的異常處理範例 在每一次有可能超過陣列元素索引的上下限前，以 「異常處理」的方式阻止程式繼續運算。 程式區分為EnumEx.cpp和EnumFncLib.cpp兩個檔案： 1. 檔案EnumEx.cpp為主程式，包括呼叫函數ShowVectorElement() 的「try區塊」，以及準備接收訊息物件的「catch區塊」。 檔案EnumFncLib.cpp包括函數ShowVectorElement( ) 的定義。當異常(除數為零)發生時，執行「throw敘述」。

範例程式 檔案 EnumEx.cpp // EnumEx.cpp #include <iostream> using namespace std; float ShowVectorElement(float [],int); // 函數的原型 // 定義 enum資料型態ErrorStates enum ErrorStates {OK, OverFlow, UnderFlow}; // ---- 主程式 ----------------------- int main() { const int Size = 5; float V[Size]; int M; for (int i=0; i< Size; i++) V[i] = float(0.5+ i*i)/2.5;

try // 「try 區塊」的開頭 { cout << "請輸入一個數字(在 0 至 " << Size << " 範圍內):" << endl; cin >> M; cout << "您輸入了: "　<< M　<< endl; cout << "V[" << M << "]" << " 的值是: " << ShowVectorElement(V, M)　<< endl; } // 「try 區塊」的結尾

catch (ErrorStates Error) // 「catch 區塊」的開頭 { if (Error==OverFlow) cerr << "發生異常: OverFlow"　<< endl; if (Error==UnderFlow) cerr << "發生異常: UnderFlow"　<< endl; } // 「catch 區塊」的結尾 catch (...) // catch-all 區塊的開頭 {cerr << "發生了預計範圍之外的異常!" << endl; } // catch-all 區塊的結尾 return 0; }

範例程式 檔案 EnumFncLib.cpp // EnumFncLib.cpp #include <cmath> using std::fabs; // 定義 enum資料型態ErrorStates enum ErrorStates {OK, OverFlow, UnderFlow}; const float Epsilon = 1.0E-16; extern const int Size = 5;

// 函數 ShowVectorElement() 的定義 float ShowVectorElement(float A[],int N) { ErrorStates State = OK; // 定義enum實例 State if (N >= Size) State = OverFlow; throw State; // 「throw 敘述」 } if (N < 0) State = UnderFlow; throw State; // 「throw 敘述」 return A[N];

操作結果 三個典型操作過程的記錄： 操作 1 操作2 操作3 請輸入一個數字 (在 0 至 5 範圍內): 3 您輸入了: 3 V[3] 的值是: 3.8 5 您輸入了: 5 發生異常: OverFlow -2 您輸入了 : -2 發生異常: UnderFlow

17.5 丟擲類別 (Class) 所定義的物件(Object) class OverFlow{ }; // 不需要有具體內容 class UnderFlow{ }; 在異常發生處，其「throw敘述」可以直接寫成： throw OverFlow(); // ( ) 表示在執行 //「throw敘述」時 throw UnderFlow(); // 同時呼叫建構函數 //(constructor)

接收物件的「catch區塊」 例如： catch (OverFlow) // 接收端只要寫出類別名稱 { } catch (UnderFlow) // 捕捉UnderFlow物件之後的敘述

使用物件的異常處理範例 程式區分為Common.h，ObjEx.cpp和ObjFncLib.cpp三個檔 案： 1. 檔案Common.h為標頭檔，包括共同需要的名稱空間和函數的原型。 名稱空間ExcNameSpace定義了常數Size和Epsilon，以及OverFlow和UnderFlow兩種類別。 2. 檔案ObjEx.cpp為主程式，包括「try區塊」，以及準備接收訊息物件的「catch區塊」。 3. 檔案ObjFncLib.cpp內有函數的定義。 當異常 (除數為零) 發生時，執行「throw敘述」以丟擲出OverFlow或UnderFlow兩種類別產生的物件 (object)。

範例程式 檔案 Common.h //Common.h #ifndef COMMON_H #define COMMON_H #include <iostream> #include <iomanip> #include <math> using namespace std;

namespace ExcNameSpace { class OverFlow { }; class UnderFlow { }; const int Size = 5; const float Epsilon = 1.0E-16; } // - 函數 ShowVectorElement() 的原型 float ShowVectorElement(float [],int); #endif

範例程式 檔案 ObjEx.cpp // ObjEx.cpp #include "Common.h" using namespace ExcNameSpace; // ----主程式----------------------- int main() { const int Size = 5; float V[Size]; int M; for (int i=0; i< Size; i++) V[i] = float(0.5+ i*i)/2.5;

try // 「try 區塊」的開頭 { cout << "請輸入一個數字(在 0 至 " << Size << " 範圍內):" << endl; cin >> M; cout << "您輸入了: “ << M << endl; cout << "V[" << M << "]" << " 的值是: " << ShowVectorElement(V, M) << endl; } // 「try 區塊」的結尾 catch (OverFlow) cerr << "發生異常: OverFlow" << endl; }

catch (UnderFlow) { cerr << "發生異常: UnderFlow" << endl; } catch (...) cerr << "發生了預計範圍之外的異常!" << endl; return 0;

範例程式 檔案 ObjFncLib.cpp // ObjFncLib.cpp #include "Common.h" using namespace ExcNameSpace; // 函數 ShowVectorElement() 的定義 float ShowVectorElement(float A[],int N) { if (N>=Size) { throw OverFlow(); } // 「throw 敘述」 if (N < 0) { throw UnderFlow(); } // 「throw 敘述」 return A[N]; }

操作結果 程式的操作方式及功能都和17.4節相同。以下是三個典型操作過程的記錄： 操作 1 操作 2 操作 3 請輸入一個數字 (在 0 至 5 範圍內): 4 您輸入了: 4 V[4] 的值是: 6.6 6 您輸入了: 6 發生異常: OverFlow -1 您輸入了 : -1 發生異常: UnderFlow

「catch區塊」的編排次序 「特例」異常放在前面，「通例」異常放在後面。 例如： 絕大部分丟擲物件的語法都可以被丟擲字串的語法 所取代。 catch (Zero) { //捕捉Zero之後的敘述 } catch (TooSmall) { //捕捉TooSmall之後的敘述 } catch (WrongSize) { //捕捉WrongSize之後的敘述 } 絕大部分丟擲物件的語法都可以被丟擲字串的語法 所取代。