C++异常详细介绍

C++异常是一种处理程序运行时错误的机制，它允许程序在检测到错误时跳转到预定义的错误处理代码，而不必通过函数返回值层层传递错误信息。

异常的基本概念

• 异常抛出（throw）：当程序检测到错误时，使用throw关键字抛出一个异常对象
• 异常捕获（catch）：使用try-catch块捕获并处理抛出的异常
• 异常传播：如果当前函数不能处理异常，异常会沿着函数调用栈向上传播，直到找到合适的处理代码

异常处理的基本语法

try {
   
    // 可能抛出异常的代码
    if (error_condition) {
   
        throw exception_object; // 抛出异常
    }
}
catch (exception_type1 e) {
   
    // 处理type1类型的异常
}
catch (exception_type2 e) {
   
    // 处理type2类型的异常
}
catch (...) {
   
    // 处理所有其他类型的异常（通配符）
}

异常类型

C++允许抛出任何类型的异常，包括：

1. 基本数据类型：如int、char等

   throw 404; // 抛出整数异常
   throw "Not found"; // 抛出字符串字面量异常
   

2. 自定义类型：通常是类或结构体

   class MyException {
        
   private:
       string message;
   public:
       MyException(string msg) : message(msg) {
        }
       string getMessage() const {
         return message; }
   };
   
   // 抛出自定义异常
   throw MyException("发生了错误");
   

3. 标准库异常：C++标准库提供了一系列异常类，定义在<exception>头文件中，主要包括：

   • std::exception：所有标准异常的基类
   • std::runtime_error：运行时错误
   • std::logic_error：逻辑错误
   • std::out_of_range：超出范围错误（如数组越界）
   • std::invalid_argument：无效参数错误

异常规范（C++11前）

早期C++允许使用异常规范指定函数可能抛出的异常类型：

// 声明该函数可能抛出int或string类型的异常
void func() throw(int, string) {
   
    // ...
}

// 声明该函数不抛出任何异常
void func() throw() {
   
    // ...
}

C++11引入了noexcept关键字替代异常规范：

// 声明该函数不会抛出任何异常
void func() noexcept {
   
    // ...
}

// 条件性noexcept
void func() noexcept(condition) {
   
    // ...
}

异常处理的最佳实践

1. 只在异常情况下使用异常：不要将异常用于常规控制流
2. 捕获适当的异常类型：避免过度使用catch(...)
3. 按引用捕获异常：避免异常对象的复制，同时允许捕获派生类异常

   catch (const MyException& e) {
         // 推荐使用const引用
       // ...
   }
   

4. 清理资源：使用RAII（资源获取即初始化）技术确保资源正确释放
5. 异常安全：设计函数时考虑异常发生时的状态一致性

异常的优缺点

优点：

• 分离正常代码和错误处理代码，提高可读性
• 可以在调用链的任意层次处理异常，不必每层都检查错误
• 能够传递更丰富的错误信息

缺点：

• 可能影响性能（异常处理代码通常不被编译器优化）
• 过度使用会使程序逻辑变得复杂
• 可能导致资源泄露（如果没有正确处理）

示例：完整的异常处理程序

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>

using namespace std;

// 除法函数，当除数为0时抛出异常
double divide(double num, double den) {
   
    if (den == 0) {
   
        throw invalid_argument("除数不能为0");
    }
    return num / den;
}

int main() {
   
    try {
   
        double result = divide(10, 0);
        cout << "结果: " << result << endl;
    }
    catch (const invalid_argument& e) {
   
        cerr << "错误: " << e.what() << endl;
    }
    catch (...) {
   
        cerr << "发生了未知错误" << endl;
    }

    return 0;
}

这个例子中，divide函数在检测到除数为0时抛出invalid_argument异常，main函数中的try-catch块捕获并处理这个异常，确保程序能够优雅地处理错误情况。