第 15 章错误处理 - 15.3. Boost.Exception - 《Boost C++ 库》

15.3. Boost.Exception

15.3. Boost.Exception

Boost.Exception 库提供了一个新的异常类 boost::exception 允许给一个抛出的异常添加信息。它被定义在文件 boost/exception/exception.hpp 中。由于 Boost.Exception 中的类和函数分布在不同的头文件中，下面的例子中将使用 boost/exception/all.hpp 以避免一个一个添加头文件。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 
 
typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 
 
class allocation_failed : 
  public boost::exception, 
  public std::exception 
{ 
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  { 
  } 
 
  virtual const char *what() const throw() 
  { 
    return what_.c_str(); 
  } 
 
private: 
  std::string what_; 
}; 
 
boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{ 
  if (size > 1000) 
    throw allocation_failed(size); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 
 
void save_configuration_data() 
{ 
  try 
  { 
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 
 
int main() 
{ 
  try 
  { 
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    std::cerr << boost::diagnostic_information(e); 
  } 
}

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这个例子在 main() 中调用了一个函数 save_configuration_data() ，它调回了 allocate() 。 allocate() 函数动态分配内存，而它检查是否超过某个限度。这个限度在本例中被设定为1,000个字节。

如果 allocate() 被调用的值大于1,000，将会抛出 save_configuration_data() 函数里的相应异常。正如注释中所标识的那样，这个函数把配置数据被存储在动态分配的内存中。

事实上，这个例子的目的是通过抛出异常以示范 Boost.Exception。这个通过 allocate() 抛出的异常是 allocation_failed 类型的，而且它同时继承了 boost::exception 和 std::exception。

当然，也不是一定要派生于 std::exception 异常的。为了把它嵌入到现有的框架中，异常 allocation_failed 可以派生于其他类的层次结构。当通过C++标准来定义以上例子的类层次结构的时候，单独从 boost::exception 中派生出 allocation_failed 就足够了。

当抛出 allocation_failed 类型的异常的时候，分配内存的大小是存储在异常中的，以缓解相应应用程序的调试。如果想通过 allocate() 分配获取更多的内存空间，那么可以很容易发现导致异常的根本原因。

如果仅仅通过一个函数(例子中的函数 save_configuration_data())来调用 allocate() ，这个信息足以找到问题的所在。然而，在有许多函数调用 allocate() 以动态分配内存的更加复杂的应用程序中，这个信息不足以高效的调试应用程序。在这些情况下，它最好能有助于找到哪个函数试图分配 allocate() 所能提供空间之外的内存。向异常中添加更多的信息，在这些情况下，将非常有助于进程的调试。

有挑战性的是，函数 allocate() 中并没有调用者名等信息，以把它加入到相关的异常中。

Boost.Exception 提供了如下的解决方案：对于任何一个可以添加到异常中的信息，可以通过定义一个派生于 boost::error_info 的数据类型，来随时向这个异常添加信息。

boost::error_info 是一个需要两个参数的模板，第一个参数叫做标签(tag)，特定用来识别新建的数据类型。通常是一个有特定名字的结构体。第二个参数是与存储于异常中的数据类型信息相关的。

这个应用程序定义了一个新的数据类型 errmsg_info，可以通过 tag_errmsg 结构来特异性的识别，它存储着一个 std::string 类型的字符串。

在 save_configuration_data() 的 catch 句柄中，通过获取 tag_errmsg 以创建一个对象，它通过字符串 "saving configuration data failed" 进行初始化，以便通过 operator<<() 操作符向异常 boost::exception 中加入更多信息。然后这个异常被相应的重新抛出。

现在，这个异常不仅包含有需要动态分配的内存大小，而且对于错误的描述被填入到 save_configuration_data() 函数中。在调试时，这个描述显然很有帮助，因为可以很容易明白哪个函数试图分配更多的内存。

为了从一个异常中获取所有可用信息，可以像例子中那样在 main() 的 catch 句柄中使用函数 boost::diagnostic_information() 。对于每个异常，函数 boost::diagnostic_information() 不仅调用 what() 而且获取所有附加信息存储到异常中。返回一个可以在标准输出中写入的 std::string 字符串。

以上程序通过Visual C++ 2008编译会显示如下的信息：

Throw in function (unknown)
Dynamic exception type: class allocation_failed
std::exception::what: allocation of 2000 bytes failed
[struct tag_errmsg *] = saving configuration data failed

正如我们所看见的，数据包含了异常的数据类型，通过 what() 方法获取到错误信息，以及包括相应结构体名的描述。

boost::diagnostic_information() 函数在运行时检查一个给定的异常是否派生于 std::exception。只会在派生于 std::exception 的条件下调用 what() 方法。

抛出异常类型 allocation_failed 的函数名会被指定为"unknown"(未知)信息。

Boost.Exception 提供了一个用以抛出异常的宏，它包含了函数名，以及如文件名、行数的附加信息。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 
 
typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 
 
class allocation_failed : 
  public std::exception 
{ 
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  { 
  } 
 
  virtual const char *what() const throw() 
  { 
    return what_.c_str(); 
  } 
 
private: 
  std::string what_; 
}; 
 
boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{ 
  if (size > 1000) 
    BOOST_THROW_EXCEPTION(allocation_failed(size)); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 
 
void save_configuration_data() 
{ 
  try 
  { 
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 
 
int main() 
{ 
  try 
  { 
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    std::cerr << boost::diagnostic_information(e); 
  } 
}

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通过使用宏 BOOSTTHROWEXCEPTION 替代 throw，如函数名、文件名、行数之类的附加信息将自动被添加到异常中。但这仅仅在编译器支持宏的情况下有效。当通过C++标准定义 FILE 和 __LINE 之类的宏时，没有用于返回当前函数名的标准化的宏。由于许多编译器制造商提供这样的宏， BOOST_THROW_EXCEPTION 试图识别当前编译器，从而利用相对应的宏。使用 Visual C++ 2008 编译时，以上应用程序显示以下信息：

.\main.cpp(31): Throw in function class boost::shared_array<char> __cdecl allocate(unsigned int)
Dynamic exception type: class boost::exception_detail::clone_impl<struct boost::exception_detail::error_info_injector<class allocation_failed> >
std::exception::what: allocation of 2000 bytes failed
[struct tag_errmsg *] = saving configuration data failed

即使 allocation_failed 类不再派生于 boost::exception 代码的编译也不会产生错误。 BOOST_THROW_EXCEPTION 获取到一个能够动态识别是否派生于 boost::exception 的函数 boost::enable_error_info()。如果不是，他将自动建立一个派生于特定类和 boost::exception 的新异常类型。这个机制使得以上信息中不仅仅显示内存分配异常 allocation_failed 。

最后，这个部分包含了一个例子，它选择性的获取了添加到异常中的信息。

#include <boost/exception/all.hpp> 
#include <boost/lexical_cast.hpp> 
#include <boost/shared_array.hpp> 
#include <exception> 
#include <string> 
#include <iostream> 
 
typedef boost::error_info<struct tag_errmsg, std::string> errmsg_info; 
 
class allocation_failed : 
  public std::exception 
{ 
public: 
  allocation_failed(std::size_t size) 
    : what_("allocation of " + boost::lexical_cast<std::string>(size) + " bytes failed") 
  { 
  } 
 
  virtual const char *what() const throw() 
  { 
    return what_.c_str(); 
  } 
 
private: 
  std::string what_; 
}; 
 
boost::shared_array<char> allocate(std::size_t size) 
{ 
  if (size > 1000) 
    BOOST_THROW_EXCEPTION(allocation_failed(size)); 
  return boost::shared_array<char>(new char[size]); 
} 
 
void save_configuration_data() 
{ 
  try 
  { 
    boost::shared_array<char> a = allocate(2000); 
    // saving configuration data ... 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    e << errmsg_info("saving configuration data failed"); 
    throw; 
  } 
} 
 
int main() 
{ 
  try 
  { 
    save_configuration_data(); 
  } 
  catch (boost::exception &e) 
  { 
    std::cerr << *boost::get_error_info<errmsg_info>(e); 
  } 
}

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这个例子并没有使用函数 boost::diagnostic_information() 而是使用 boost::get_error_info() 函数来直接获取错误信息的类型 errmsg_info。函数 boost::get_error_info() 用于返回 boost::shared_ptr 类型的智能指针。如果传递的参数不是 boost::exception 类型的，返回的值将是相应的空指针。如果 BOOST_THROW_EXCEPTION 宏总是被用来抛出异常，派生于 boost::exception 的异常是可以得到保障的——在这些情况下没有必要去检查返回的智能指针是否为空。