C++中如何处理线程函数抛出的异常

文章目录

- 两种处理方法
- 案例展示
- 案例扩展
- - 说明

两种处理方法

在C++中，如果你在一个通过std::thread创建的线程中抛出了一个异常，并且没有在该线程中捕获它，那么当线程结束时，异常会被传递到包含线程。但是，直接从std::thread对象中获取这个异常并不是直截了当的。

从C++17开始，你可以使用std::thread::join()来等待线程完成，并且如果线程中有未捕获的异常，则会传播到调用join()的代码中。这意味着如果你的线程抛出了一个异常并且你尝试调用join()，那么这个异常会在主线程中被捕获。

以下是一个简单的例子：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>void throwExceptionInThread()
{throw std::runtime_error("Exception from thread");
}int main()
{std::thread t(throwExceptionInThread);try {t.join(); // 如果线程中有异常抛出，这里会传播出来} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << '\n';}return 0;
}

在这个例子中，如果throwExceptionInThread函数抛出一个异常，那么这个异常会在main函数中被捕获并处理。

对于C++11和C++14，你也可以这样做，但是如果没有显式地捕获异常，那么这个异常就会丢失，因为std::thread对象一旦销毁，异常信息就会消失。因此，在这些标准版本中，确保你的线程逻辑总是捕获任何可能抛出的异常，或者确保你在std::thread对象销毁之前捕获这些异常。

另外一种方法是手动管理异常，比如通过使用共享状态来传递异常信息：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
#include <shared_ptr>class ExceptionStorage {
public:void setException(std::exception_ptr ep) { m_exception = ep; }std::exception_ptr getException() { return m_exception; }private:std::exception_ptr m_exception;
};void throwExceptionInThread(std::shared_ptr<ExceptionStorage> storage)
{try {// 模拟线程工作throw std::runtime_error("Exception from thread");} catch (...) {// 将异常存储在共享状态中storage->setException(std::current_exception());}
}int main()
{auto storage = std::make_shared<ExceptionStorage>();std::thread t(throwExceptionInThread, storage);t.join(); // 等待线程结束std::exception_ptr ep = storage->getException();if (ep) {try {std::rethrow_exception(ep);} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << '\n';}}return 0;
}

这种方法可以确保即使在线程结束之后，异常仍然可以被捕获和处理。

案例展示

让我们来看一个具体的示例，其中我们将在一个线程中执行一些任务，并处理可能发生的异常。我们将创建一个类来存储异常，并将此类的实例作为参数传递给线程。这样，如果线程中的操作抛出异常，我们可以将异常保存在共享状态中，并在主线程中重新抛出。

假设我们需要在一个独立的线程中执行一些文件处理任务，比如读取文件并将内容转换为大写。为了演示异常处理机制，我们故意让程序在某些条件下抛出异常。

以下是完整的示例代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
#include <memory>
#include <fstream>
#include <string>// 用于在线程间传递异常的类
class ExceptionStorage {
public:void setException(std::exception_ptr ep) { m_exception = ep; }std::exception_ptr getException() const { return m_exception; }private:std::exception_ptr m_exception;
};// 在线程中运行的任务
void processFile(const std::string& filename, std::shared_ptr<ExceptionStorage> storage)
{std::ifstream file(filename);if (!file.is_open()) {// 模拟文件打开失败的情况storage->setException(std::current_exception());return;}std::string content((std::istreambuf_iterator<char>(file)),std::istreambuf_iterator<char>());// 转换内容为大写for (char& c : content) {c = std::toupper(c);}// 假设这里输出转换后的内容std::cout << content << std::endl;
}int main()
{auto storage = std::make_shared<ExceptionStorage>();std::thread t(processFile, "nonexistentfile.txt", storage);// 等待线程结束t.join();std::exception_ptr ep = storage->getException();if (ep) {try {std::rethrow_exception(ep);} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << '\n';}}return 0;
}

在这个示例中，我们试图打开一个名为 nonexistentfile.txt 的文件，但实际上这个文件不存在。因此，当我们尝试打开文件时，std::ifstream 构造函数会抛出一个 std::runtime_error 异常（或类似异常）。这个异常被捕获，并通过 std::current_exception() 函数捕获当前的异常指针，然后将其存储在 ExceptionStorage 对象中。

当主线程调用 t.join() 并等待子线程完成后，它可以检查 ExceptionStorage 对象中的异常指针。如果存在异常指针，它会重新抛出异常，从而允许主线程处理这个异常。如果文件存在并且可以成功读取，那么不会有任何异常被存储，程序将正常运行。

案例扩展

我们可以在上面的基础上进一步扩展，以确保我们的代码更加健壮，并处理各种可能的情况。例如，我们可以添加更多的错误处理逻辑，以及提供更详细的错误信息。此外，还可以改进代码结构，使其更具模块化和可重用性。

下面是一个更详细的示例，包括错误处理和一些额外的功能：

增强错误处理：不仅处理文件不存在的情况，还处理其他潜在的错误，如权限问题等。
日志记录：增加日志记录功能，以便更好地跟踪错误和调试信息。
分离功能：将文件处理逻辑分离到一个单独的函数中，以提高代码的可读性和可维护性。

下面是改进后的代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <exception>
#include <memory>
#include <fstream>
#include <string>
#include <sstream>// 用于在线程间传递异常的类
class ExceptionStorage {
public:void setException(std::exception_ptr ep) { m_exception = ep; }std::exception_ptr getException() const { return m_exception; }private:std::exception_ptr m_exception;
};// 用于记录日志的辅助函数
void logError(const std::string& message) {std::cerr << "[ERROR] " << message << std::endl;
}// 文件处理逻辑
void convertFileToUppercase(const std::string& filename, std::shared_ptr<ExceptionStorage> storage)
{std::ifstream file(filename);if (!file.is_open()) {// 捕获文件打开失败的情况try {std::ifstream file(filename); // 重新尝试一次，以确保捕获异常} catch (const std::exception& e) {logError("Failed to open file: " + filename);storage->setException(std::current_exception());return;}}std::stringstream buffer;buffer << file.rdbuf();std::string content = buffer.str();// 转换内容为大写for (char& c : content) {c = std::toupper(c);}// 输出转换后的内容std::cout << "Converted content: " << content << std::endl;
}int main()
{auto storage = std::make_shared<ExceptionStorage>();std::thread t(convertFileToUppercase, "nonexistentfile.txt", storage);// 等待线程结束t.join();std::exception_ptr ep = storage->getException();if (ep) {try {std::rethrow_exception(ep);} catch (const std::exception& e) {logError("Caught exception: " + std::string(e.what()));}}return 0;
}