「C++系列」异常处理

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文章目录

一、异常处理
- 1. 基本概念
- 2. 示例代码
- 3. 注意事项
二、常见的异常类
- 1. 继承自`std::exception`的基类
- 2. 逻辑错误（`std::logic_error`派生）
- 3. 运行时错误（`std::runtime_error`派生）
- 4. 特定于内存和类型转换的异常
- 5. 自定义异常类
- 6. 使用异常类的示例
三、相关链接

一、异常处理

C++ 异常处理是一种错误处理机制，它允许程序在运行时检测和处理错误情况。这种机制通过使用 try、catch 和 throw 关键字来实现。当函数遇到无法处理的错误时，它会抛出一个异常（通过 throw 关键字），这个异常可以被调用者捕获并处理（通过 catch 块）。如果没有被捕获，异常会传播到更高层的调用者，直到被捕获或导致程序终止。

1. 基本概念

throw：用于抛出一个异常。它可以抛出 C++ 中的任何类型，但通常是抛出一个从标准异常类派生的对象。
try：用于指定代码块，当块内发生异常时，程序的控制流会跳转到与之关联的 catch 块。
catch：用于捕获并处理异常。catch 块可以紧跟在 try 块之后，并且可以有多个 catch 块来捕获不同类型的异常。

2. 示例代码

#include <iostream>
#include <stdexcept> // 包含标准异常类

void func() {
    // 假设这里发生了一个错误
    throw std::runtime_error("发生了一个运行时错误！");
}

int main() {
    try {
        func(); // 调用func，它可能会抛出一个异常
    } catch (const std::runtime_error& e) {
        // 捕获到runtime_error异常
        std::cerr << "捕获到异常: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        // 捕获所有其他类型的异常
        std::cerr << "捕获到未知异常" << std::endl;
    }

    return 0;
}

3. 注意事项

异常规格：在 C++11 之前，函数可以声明它可以抛出的异常类型（异常规格）。但从 C++11 开始，非抛出异常规格（throw()）被废弃，并且在 C++17 中被完全移除。现代 C++ 代码通常不再使用异常规格。
资源泄露：在使用异常处理时，要特别注意资源管理，防止资源泄露。一种常见的方法是使用 RAII（Resource Acquisition Is Initialization）技术，通过智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来自动管理资源。
异常层次结构：在设计自定义异常时，应该继承自标准异常类（如 std::exception），这有助于维护清晰的异常层次结构，并允许调用者更容易地处理异常。
避免在析构函数中抛出异常：在析构函数中抛出异常可能会导致程序崩溃，因为析构函数是在处理异常的过程中被调用的。如果析构函数需要处理错误情况，它应该采用其他错误处理机制（如记录错误日志或设置错误状态码）。
性能考虑：虽然异常处理提供了强大的错误处理机制，但它可能会对性能产生负面影响。因此，在性能敏感的代码区域中，应该谨慎使用异常处理，并考虑使用其他错误处理机制（如错误码和错误状态）。

二、常见的异常类

C++中常见的异常类主要包括标准异常类和自定义异常类。标准异常类是由C++标准库提供的，用于表示各种常见的错误情况。以下是一些常见的标准异常类：

1. 继承自`std::exception`的基类

std::exception：所有标准异常的基类，提供了基本的异常接口，包括what()函数，该函数返回一个表示异常的字符串指针。

2. 逻辑错误（`std::logic_error`派生）

逻辑错误是在程序运行前可以检测出来的错误，它们通常是由于程序内部的逻辑问题导致的。

std::domain_error：当函数的参数值不在其允许的有效范围内时抛出。
std::invalid_argument：指出函数的一个无效参数。
std::length_error：当尝试生成一个超出该类型最大长度的对象时抛出。
std::out_of_range：当使用一个超出有效范围的值时抛出，如在数组或字符串中采用了一个错误的索引。

3. 运行时错误（`std::runtime_error`派生）

运行时错误是在程序运行过程中才能检测到的错误。

std::range_error：当内部计算时发生区间错误时抛出。
std::overflow_error：当算术运算结果超出可表示的最大值时抛出。
std::underflow_error：当算术运算结果超出可表示的最小值时抛出。

4. 特定于内存和类型转换的异常

std::bad_alloc：当new操作无法分配足够的内存时抛出。
std::bad_cast：在运行时类型识别中有一个无效的dynamic_cast表达式时抛出。
std::bad_typeid：当对空指针使用typeid操作时抛出。

5. 自定义异常类

除了上述标准异常类外，程序员还可以根据需要创建自定义异常类。自定义异常类通常通过继承自std::exception或某个更具体的标准异常类来实现，以便提供额外的错误信息或特定的行为。

6. 使用异常类的示例

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int main() {
    try {
        // 假设这里有一段可能抛出异常的代码
        if (/* 某种错误条件 */) {
            throw std::invalid_argument("无效的参数");
        }
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        std::cerr << "捕获到异常: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        std::cerr << "捕获到未知异常" << std::endl;
    }

    return 0;
}

在编写C++程序时，合理使用异常处理机制可以提高程序的健壮性和可维护性。通过抛出和捕获异常，程序可以在遇到错误时优雅地处理，而不是突然崩溃或产生未定义的行为。
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