多态异常

意图

以多态的方式创建异常对象
将模块与它可能抛出的异常的具体细节解耦

也称为

动机

依赖倒置原则 (DIP)，一个流行的面向对象软件设计指南指出，高级模块不应该直接依赖于低级模块。相反，两者都应该依赖于共同的抽象（以定义良好的接口的形式捕获）。例如，类型为 Person 的对象（例如 John）不应创建和使用类型为 HondaCivic 的对象，而是 John 应该简单地承诺 Car 接口，它是 HondaCivic 的抽象基类。这允许 John 在将来轻松升级到 Corvette，而无需对 Person 类进行任何更改。John 可以使用依赖注入技术用汽车的具体实例（任何汽车）进行“配置”。使用 DIP 导致灵活且可扩展的模块，这些模块易于进行单元测试。DIP 简化了单元测试，因为可以使用依赖注入轻松将真实对象替换为模拟对象。

但是，在某些情况下会违反 DIP：（1）在使用单例模式时，以及（2）在抛出异常时！单例模式破坏了 DIP，因为它在访问静态 instance() 函数时强制使用具体类名。应该在调用函数或构造函数时将单例作为参数传递。在处理 C++ 中的异常时，也会出现类似的情况。C++ 中的 throw 子句需要一个具体类型名（类）来引发异常。例如，

throw MyConcreteException("Big Bang!");

任何抛出类似异常的模块都会立即导致违反 DIP。自然，这样的模块更难进行单元测试，因为无法轻松地将真实异常对象替换为模拟异常对象。像下面这样的解决方案惨败了，因为 C++ 中的 throw 使用静态类型并且对多态性一无所知。

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.
  }
}

多态异常惯用法解决了这个问题。

解决方案和示例代码

多态异常惯用法简单地使用虚拟函数 raise() 将引发异常的任务委托给派生类。

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 语句已移至虚拟函数中。在函数 foo 中调用的 raise 函数是多态的，它根据作为参数传递的内容（依赖注入）在 ExceptionBase 或 ExceptionDerived 类中选择实现。*this 的类型显然在编译时已知，这会导致引发多态异常。这种惯用法的结构与虚拟构造函数惯用法非常相似。

传播多态异常

通常，异常会在多个 catch 语句中进行处理，以便在程序/库的不同层中对它进行不同的处理。在这种情况下，较早的 catch 块需要重新抛出异常，以便任何外部 catch 块（如果有）都可以采取必要的措施。当涉及多态异常时，内部 catch 块可能会在将异常传递给堆栈中的 catch 块之前修改异常对象。在这种情况下，必须注意确保传播原始异常对象。考虑下面看似无害的程序，它没有做到这一点。

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 语句不会抛出原始异常对象。相反，它会抛出原始对象的切片副本（仅 ExceptionBase 部分），因为它会考虑它前面的表达式的静态类型。原始异常对象被默默地丢失，并且被转换为基类型异常对象。堆栈中的 catch 块无法访问此 catch 块拥有的相同信息。有两种方法可以解决这个问题。

只需使用 throw;（后面没有任何表达式）。它将重新抛出原始异常对象。
再次使用多态异常惯用法。它将抛出原始异常对象的副本，因为 raise() 虚拟函数使用 throw *this。

在实践中应该强烈推荐使用 throw;，因为根据实现，它可能会在异常未处理并且程序转储核心时保留原始抛出位置，从而简化问题的死后分析。

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

参考文献

更多 C++ 惯用法/多态异常

多态异常

意图

也称为

动机

解决方案和示例代码

已知用途

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