多型異常

意圖

以多型的方式建立異常物件
將模組與它可能丟擲的異常的具體細節解耦

也稱為

動機

依賴倒置原則 (DIP)，一個流行的面向物件軟體設計指南指出，高階模組不應該直接依賴於低階模組。相反，兩者都應該依賴於共同的抽象（以定義良好的介面的形式捕獲）。例如，型別為 Person 的物件（例如 John）不應建立和使用型別為 HondaCivic 的物件，而是 John 應該簡單地承諾 Car 介面，它是 HondaCivic 的抽象基類。這允許 John 在將來輕鬆升級到 Corvette，而無需對 Person 類進行任何更改。John 可以使用依賴注入技術用汽車的具體例項（任何汽車）進行“配置”。使用 DIP 導致靈活且可擴充套件的模組，這些模組易於進行單元測試。DIP 簡化了單元測試，因為可以使用依賴注入輕鬆將真實物件替換為模擬物件。

但是，在某些情況下會違反 DIP：（1）在使用單例模式時，以及（2）在丟擲異常時！單例模式破壞了 DIP，因為它在訪問靜態 instance() 函式時強制使用具體類名。應該在呼叫函式或建構函式時將單例作為引數傳遞。在處理 C++ 中的異常時，也會出現類似的情況。C++ 中的 throw 子句需要一個具體型別名（類）來引發異常。例如，

throw MyConcreteException("Big Bang!");

任何丟擲類似異常的模組都會立即導致違反 DIP。自然，這樣的模組更難進行單元測試，因為無法輕鬆地將真實異常物件替換為模擬異常物件。像下面這樣的解決方案慘敗了，因為 C++ 中的 throw 使用靜態型別並且對多型性一無所知。

struct ExceptionBase { };
struct ExceptionDerived : ExceptionBase { };
 
void foo(ExceptionBase& e)
{
   throw e; // Uses static type of e while rasing an exception.
}
int main (void)
{
  ExceptionDerived e;
  try {
    foo(e);
  }
  catch (ExceptionDerived& e) {
    // Exception raised in foo does not match this catch.
  }
  catch (...) {
    // Exception raised in foo is caught here.
  }
}

多型異常慣用法解決了這個問題。

解決方案和示例程式碼

多型異常慣用法簡單地使用虛擬函式 raise() 將引發異常的任務委託給派生類。

struct ExceptionBase 
{ 
  virtual void raise() { throw *this; }
  virtual ~ExceptionBase() {} 
};
struct ExceptionDerived : ExceptionBase 
{ 
  virtual void raise() { throw *this; }
};
 
void foo(ExceptionBase& e)
{
   e.raise(); // Uses dynamic type of e while raising an exception.
}
int main (void)
{
  ExceptionDerived e;
  try {
    foo(e);
  }
  catch (ExceptionDerived& e) {
    // Exception raised in foo now matches this catch.
  }
  catch (...) {
    // not here anymore!
  }
}

throw 語句已移至虛擬函式中。在函式 foo 中呼叫的 raise 函式是多型的，它根據作為引數傳遞的內容（依賴注入）在 ExceptionBase 或 ExceptionDerived 類中選擇實現。*this 的型別顯然在編譯時已知，這會導致引發多型異常。這種慣用法的結構與虛擬建構函式慣用法非常相似。

傳播多型異常

通常，異常會在多個 catch 語句中進行處理，以便在程式/庫的不同層中對它進行不同的處理。在這種情況下，較早的 catch 塊需要重新丟擲異常，以便任何外部 catch 塊（如果有）都可以採取必要的措施。當涉及多型異常時，內部 catch 塊可能會在將異常傳遞給堆疊中的 catch 塊之前修改異常物件。在這種情況下，必須注意確保傳播原始異常物件。考慮下面看似無害的程式，它沒有做到這一點。

try {
    foo(e); // throws an instance of ExceptionDerived as before.
  }
  catch (ExceptionBase& e) // Note the base class. Exception is caught polymorphically.
  {
    // Handle the exception. May modify the original exception object.
    throw e; // Warning! Object slicing is underway.
  }

throw e 語句不會丟擲原始異常物件。相反，它會丟擲原始物件的切片副本（僅 ExceptionBase 部分），因為它會考慮它前面的表示式的靜態型別。原始異常物件被默默地丟失，並且被轉換為基型別異常物件。堆疊中的 catch 塊無法訪問此 catch 塊擁有的相同資訊。有兩種方法可以解決這個問題。

只需使用 throw;（後面沒有任何表示式）。它將重新丟擲原始異常物件。
再次使用多型異常慣用法。它將丟擲原始異常物件的副本，因為 raise() 虛擬函式使用 throw *this。

在實踐中應該強烈推薦使用 throw;，因為根據實現，它可能會在異常未處理並且程式轉儲核心時保留原始丟擲位置，從而簡化問題的死後分析。

try {
    foo(e); // throws an instance of ExceptionDerived as before.
  }
  catch (ExceptionBase& e) // Note the base class. Exception is caught polymorphically.
  {
    // Handle the exception. May modify the original exception object.
    // Use only one of the following two.
    throw;      // Option 1:  Original derived exception is thrown.
    e.raise();  // Option 2:  A copy of the original derived exception object is thrown.
  }

已知用途

參考文獻

更多 C++ 慣用法/多型異常

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解決方案和示例程式碼

已知用途

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