C++ primer plus读书笔记——第15章 友元、异常和其他

第15章 友元、异常和其他

1. 友元类的所有方法都可以访问原有类的私有成员和保护成员。另外，也可以做更严格的限制，只将特定的成员函数指定为另一个类的友元。哪些函数、成员函数、或类为友元是由类定义的，而不能从外部强加友情。因此，尽管友元被授予从外部访问类的私有部分的权限，但它们并不与面向对象的编程思想相违背；相反，它们提高了公有接口的灵活性。

2. 下面的语句使Remote成为一个友元类：friend class Remote;

友元声明可以位于公有、私有或保护部分，其所在的位置无关紧要。先给出Tv类声明，再给出Remote类声明时，不需要在Tv类声明前前向声明Remote类，因为Tv类中的friend class Remote;已经指出Remote是一个类。

3. P606-P609可以选择让特定的类成员称为另一个类的友元，而不必让整个类都成为友元，但这样做必须小心排列各种声明和定义的顺序。

class Tv

{

friend void Remote::set_chan(Tv & t, int c);

…

}

在编译器在Tv类的声明中看到Remote类的一个方法被声明为Tv类的友元之前，应该先看到Remote类的声明和set_chan()方法的声明。这意味着Remote类的完整声明（数据成员和成员函数的声明）必须放在Tv类的完整声明之前，而Remote的方法中提到了Tv对象，所以必须在Remote的完整声明前使用前向声明。排列顺序为

class Tv;        //前向声明

class Remote    //Remote声明

{

…

};

class Tv         //Tv声明+定义

{

…

};

//Remote方法定义

……

Remote方法中如果调用了Tv的方法，则Remote的声明中只能包含方法声明，并将实际的定义放在Tv类之后。

4. 在类方法定义中使用inline关键字，可以使其成为内联方法，此时类声明中不需要inline。

5. 在C++中，可以将类声明放在另一个类中。在另一个类中声明的类被称为嵌套类，包含类的成员函数可以创建和使用被嵌套类的对象，而仅当声明位于公有部分，才能在包含类的外面使用嵌套类。对类进行嵌套和包含不同。包含意味着将类对象作为另一个类的成员，而对类进行嵌套不创建类成员，而是定义了一种类型。

6. abort()函数在cstdlib中，其典型实现是向标准错误流发送消息abnormal program termination，然后终止程序。

7. C++异常是对程序运行过程中发生的异常情况的一种响应。异常提供了将控制权从程序的一部分传递到另一个部分的途径。异常类型可以是字符串或其他C++类型，通常为类类型。

8. 执行throw语句类似于执行返回语句，因为它将终止函数的执行，但函数不是将控制权返回给调用程序，而是导致程序沿函数调用序列后退，直到找到包含try块的函数。

9. 如果函数引发了异常，而没有try块或没有匹配的处理程序时，程序默认将调用abort函数，但可以修改这种行为。

10. 不建议使用异常规范，但至少应该知道它长什么样：

double harm(double a) throw(bad_thing);//可能抛出bad_thing异常

double marm(double a) throw();//不抛出异常

异常规范的作用之一是告诉用户可能需要使用try块。然而，这项工作也可使用注释轻松地完成。异常规范的另一个作用是让编译器添加执行运行阶段检查的代码，检查是否违反了异常规范。

C++11建议您忽略异常规范。然而，C++11确实支持一种特殊的异常规范：您可以使用新增的关键字noexcept指出函数不会引发异常：

double marm() noexcept;//有关这种异常规范是否必要和有用存在一些争议。

11. 假设try块没有直接调用引发异常的函数，而是调用了对引发异常的函数进行调用的函数，则程序流程将从引发异常的函数跳到包含try块和处理程序的函数。这涉及栈解退（unwinding the stack）。

现在假设函数由于异常而终止，则程序也将释放栈中的内存，但不会在释放栈的第一个返回地址后停止，而是继续释放栈，直到找到一个位于try块中的返回地址。随后，控制权将转移到块尾的异常处理程序，而不是函数调用后面的第一条语句。这个过程称为栈解退。一个重要机制是，整个函数调用序列中的自动类对象的析构函数将被调用。

12. 虽然throw-catch机制类似于函数参数和函数返回机制，但还是有些不同之处。其中之一是函数的返回语句将控制权返回到调用该函数的函数，但throw语句将控制权向上返回到第一个这样的函数：包含能够捕获相应异常的try-catch组合。另一个不同之处是，引发异常时编译器总是创建一个临时拷贝，即使catch块中指定的是引用。

class problem{…};

void super() throw (problem)

{

if(oh_no)

{

problem oops;

throw oops;

…

}

try{

super();

}

catch(problem & p)

{

}

p将指向oops的副本而不是oops本身。这是件好事，因为函数super()执行完毕后，oops将不复存在。顺便说一句，将引发异常和创建对象组合在一起将更简单：throw problem();

13. 您可能会问，既然throw语句将生成副本，为何代码中使用引用呢？毕竟，将引用作为返回值的通常原因是避免创建副本以提高效率。答案是，引用还有另一个特征：基类引用可以指向派生类对象。假设有一组通过继承关联起来的异常类型，则在异常规范中只需列出一个基类引用，它将与任何派生类对象匹配。

14. 如果有一个异常类继承层次结构，应该这样排列catch块，将捕获位于层次结构最下面的异常类的catch语句放在最前面，将捕获基类异常的catch语句放在最后面。

15. 使用省略号…来表示异常类型时，可以捕获任何异常：

catch(…){//statement}

类似于switch中的default语句，适用于当不知道被调用的函数会引发哪些异常的情况。

16. 对于使用new导致的内存分配问题，C++最新的处理方式是让new引发bad_alloc异常。头文件new包含bad_alloc类的声明，它是从exception类公有派生而来的。但在以前，当无法分配请求的内存量时，new返回一个空指针。P633

17. 为了确保new在失败时返回空指针而不是抛出异常，可以如下使用new:

int *pi = new (std::nothrow) int;

int *pa = new (std::nothrow) int[500];

18. 异常被引发后，在两种情况下，会导致问题，即意外异常和未捕获异常。首先，如果它是在带异常规范的函数中引发的，则必须与规范列表中的某种异常匹配（在继承层次结构中，类类型与这个类极其派生类对象匹配），否则称为意外异常。如果异常不是在函数中引发的或者函数没有异常规范，则必须捕获它。如果没捕获（在没有try块或匹配的catch块时，将出现这种情况），则异常被称为未捕获异常。在默认情况下，都将导致程序异常终止。然而，可以修改程序对意外异常和未捕获异常的反应。

19. 未捕获异常不会导致程序立刻异常终止。相反，程序将首先调用函数terminate()。在默认情况下，terminate()调用abort()。可以调用set_terminate()函数来修改terminate()的这种行为。set_terminate()和terminate()都是在头文件exception中声明的。如果发生意外异常，程序将调用unexpected()函数，这个函数将调用terminate()，后者在默认情况下将调用abort()。set_unexpected()函数可以修改unexpected()的行为。

20. 与提供给set_terminate()的函数相比，提供给set_unexpected()的函数的行为受到更为严格的限制。具体地说，unexpected_handler函数可以为：

• 通过调用terminate()、abort()或exit()来终止程序。
• 引发异常（引发异常的结果见P640）

21. 仅使用throw，而不指定异常将导致重新引发原来的异常。

22. RTTI是运行阶段类型识别（Runtime Type Identification）的简称。这是新添加到C++的特性之一，很多老式实现不支持。另一些实现可能包含开关RTTI的编译器设置。RTTI旨在为程序在运行阶段确定对象的类型提供一种标准方式。

23. RTTI的用途：基类指针可以指向派生类对象，并调用类方法的正确版本，在这种情况下，只要该函数是类层次结构中所有成员都拥有的虚函数，则并不需要真正知道对象的类型。但派生对象可能包含不是继承而来的方法，在这种情况下，只有某些类型的对象可以使用该方法，所以必须使用RTTI确定该基类指针指向的对象是否可以使用该方法。

24. C++有三个支持RTTI的元素。

• 如果可能的话，dynamic_cast运算符将使用一个指向基类的指针来生成一个指向派生类的指针，否则，该运算符返回0——空指针。
• typeid运算符返回一个对type_info对象的引用。
• type_info结构存储了有关特定类型的信息。

只能将RTTI用于包含虚函数的类层次结构，原因在于只有对于这种类层次结构，才应该将派生对象的地址赋给基类指针。

25. 通常，如果指向的对象（*pt）的类型为Type或者是从Type直接或间接派生而来的类型，则下面的表达式将指针pt转换为Type类型的指针：

dynamic_cast<Type *> (pt)

否则，结果为0，即空指针。

26. 也可以将dynamic_cast用于引用，其用法稍微有些不同：没有与空指针对应的引用值，因此无法使用特殊的引用值来指示失败。当请求不正确时，dynamic_cast将引发类型为bad_cast的异常，这种异常是从exception类派生而来的，它是在头文件typeinfo中定义的。因此，

27. 可以像下面这样使用该运算符，其中rg是对Grand对象的引用：

#include <typeinfo>

class Grand{//has virtual method};

class Superb : public Grand{…};

class Magnificent : public Superb{…};

try{

Superb & rs = dynamic_cast<Superb &>(rg);

…

}

catch(bad_cast &)

{

…

};

28. P647typeid运算符使得能够确定两个对象是否为同种类型。它与sizeof有些相像，可以接受两种参数：

• 类名
• 结果为对象的表达式

typeid运算符返回一个对type_info对象的引用，其中，type_info是在头文件typeinfo中定义的一个类。type_info类重载了==和!=运算符，以便可以使用这些运算符来对类型进行比较。如果pg指向的是一个Magnificent对象，则下述表达式的结果为true，否则为false:

typeid(Magnificent) == typeid(*pg)

如果pg是一个空指针，程序将引发bad_typeid异常。该异常类型是从exception类派生而来的，是在头文件typeinfo中声明的。

type_info类的实现随厂商而异，但包含一个name()成员，该函数返回一个随实现而异的字符串，通常是类的名称。例如，下面的语句显示指针pg指向的对象所属的类定义的字符串：

cout << “Now processing type ” << typeid(*pg).name() << “.\n”;

29. P648误用RTTI的例子，如果在if else语句系列中使用了typeid，则应考虑是否应该使用虚函数和dynamic_cast。

30. 类型转换运算符

在C++的创始人Bjarne Stroustrup看来，C语言的类型转换太过松散，为了更严格地限制允许的类型转换，Stroustrop添加了4个类型转换运算符，使转换过程更加规范。

• dynamic_cast
• const_cast
• static_cast
• reinterpret_cast

dynamic_cast使得能够在类层次结构中进行向上转换（由于is-a关系，这样的类型转换是安全的），而不允许其他转换。

const_cast只能改变const或volatile属性。

const_cast <type_name> (expression)

也就是说，除了const和volatile特征可以不同外，type_name和expression的类型必须相同。通常用它来删除指向const值的指针的const标签。

注意：

const_cast不是万能的，它可以修改指向一个值的指针，但修改const值的结果是不确定的。

#include <iostream>

using std::cout;

using std::endl;

void change(const int *pt, int n);

int main()

{

int pop1 = 38383;

const int pop2 = 2000;

cout << "pop1, pop2:" << pop1 << ", " << pop2 << endl;

change(&pop1, -103);

change(&pop2, -103);

cout << "pop1, pop2:" << pop1 << ", " << pop2 << endl;

return 0;

}

void change(const int *pt, int n)

{

int *pc;

pc = const_cast<int *>(pt);

*pc += n;

}

程序的运行结果为：

pop1, pop2:38383, 2000

pop1, pop2:38280, 2000

请按任意键继续. . .

可以看到，调用change()时，修改了pop1，但没有修改pop2。在change中，指针pc删除了const特征，因此可以用来修改指向的值，但仅当指向的值不是const才行。

static_cast的语法也相同：

static_cast<type-name> (expression)

仅当type_name可被隐式转换为expression所属的类型或expression所属的类型可被隐式转换为type_name时，上述转换才是合法的。因此，在基类和派生类之间，可以用static_cast来进行向上转换或向下转换。也可以用在枚举值和整型值之间的转换，浮点值和整型值之间的转换等等。

reinterpret_cast运算符用于天生危险的类型转换P652。它不允许删除const，但会执行其他令人生厌的操作。

然而，reinterprete_cast运算符并不支持所有的类型转换。例如，可以将指针类型转换为足以存储指针表示的整型，但不能将指针转换为更小的整型或浮点型。另一个限制是不能将函数指针转换为数据指针，反之亦然。

31. dynamic_cast和static_cast的区别：dynamic_cast运算符只允许沿类层次结构向上转换，而static_cast运算符运行向上转换或向下转换。static_cast运算符还允许枚举型和整型之间以及数值类型之间的转换。