【C++】异常

📝前言：
这篇文章我们来讲讲C++异常：

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文章目录

一，异常处理
- 1.1 基本语法
- - 1.1 抛出异常
  - 1.2 捕获异常
二，具体的找catch的栈展开过程
三，catch 的类型匹配
四，异常的重新抛出
五，异常安全问题
六，异常的规范
七，标准异常

一，异常处理

异常处理是C++中处理运行时错误的重要机制，它允许程序在遇到错误时能够优雅地恢复或终止，而不是直接崩溃。

1.1 基本语法

C++异常处理使用三个关键字：try, catch, 和 throw。

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

1.1 抛出异常

使用throw关键字抛出异常：

double divide(double a, double b) {if (b == 0.0) {throw "Division by zero!";  // 抛出字符串字面量}return a / b;
}

1.2 捕获异常

使用catch块捕获并处理异常：

try {double result = divide(10.0, 0.0);
} catch (const char* msg) {cerr << "Error: " << msg << endl;
}

程序先执行try里面的语句，如果try里面throw了异常，throw后⾯的语句将不再被执行。程序的执行从throw位置跳到与之匹配的catch模块
找catch的规则：找调用链中与该对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那⼀个
从throw到catch：1，沿着调用链的函数可能提早退出。2、沿着调用链创建的对象都将销毁
抛出异常对象后，会⽣成⼀个异常对象的拷⻉，因为抛出的异常对象可能是⼀个局部对象，所以会⽣成⼀个拷⻉对象，这个拷⻉的对象会在catch⼦句后销毁。（这⾥的处理类似于函数的传值返
回）

二，具体的找catch的栈展开过程

如果throw在try里面，则找对应的catch
如果没找到 / 类型不匹配，则提前退出当前函数，到外层函数里面（函数调用链）找
如果找到main函数都没找到，则程序会调⽤标准库的 terminate 函数终止程序【main函数兜底】
如果这个过程中有一步找到了，则跳去执行catch，执行完以后，不会回到原来的位置，而是继续执行catch后面的语句，相当于throw改变了执行流程

在这里插入图片描述

三，catch 的类型匹配

除了严格的完全对应的类型匹配，以下几种也可以匹配：

允许从⾮常量向常量的类型转换，也就是权限缩⼩
允许数组转换成指向数组元素类型的指针，函数被转换成指向函数的指针
允许从派⽣类向基类类型的转换（实际中继承体系基本都是⽤这个⽅式设计）
catch(...)：...表示匹配任意类型（但是不知道异常错误是什么），main函数的兜底就是这个

四，异常的重新抛出

在catch块中可以重新抛出当前异常：

try {// ...
} catch (const std::exception& e) {// 部分处理throw;  // 重新抛出相同的异常
}

重新抛出的是原始异常对象（不是拷贝），并且保留原始的异常类型和内容。
不会被同一个catch块再次捕获，而是会跳出当前try-catch块，继续向外层传播，由外层的try-catch块捕获。

五，异常安全问题

异常抛出后，后⾯的代码就不再执行，如果前面申请了资源，但是释放代码在catch后面，而catch中又重新抛出了异常，就会没有释放，引发资源泄漏，产⽣安全性的问题。解决方法：1，捕获异常以后，要先释放资源，再重新抛出；2，用智能指针的RAII方式解决这种问题是更好的。
其次，析构函数中，如果抛出异常也要谨慎处理，比如析构函数要释放10个资源，释放到第5个时抛
出异常，则也需要捕获处理，否则后⾯的5个资源就没释放，也资源泄漏了。

示例（解决方法1）：

void process() {int* resource = new int(100);  // 申请资源（假设是动态内存）try {some_operation_that_may_throw();  // 可能抛出异常} catch (...) {delete resource;  // 手动释放资源throw;           // 重新抛出异常}delete resource;  // 正常情况下的释放
}

但是这种解决方法不好，后面用智能指针 +RAII更好！

六，异常的规范

对于用户和编译器而言，预先知道某个函数是否会抛出异常有助于简化调用函数的代码
noexcept关键字：函数参数列表后⾯加noexcept表示不会抛出异常，啥都不加表示可能会抛出异常
编译器并不会在编译时检查noexcept修饰的函数。即使里面还是有throw
但是，如果⼀个声明了noexcept的函数抛出了异常（里面有throw，并且运行时抛出了），程序会调用 terminate 终止程序
noexcept还可以作为⼀个运算符去检测⼀个表达式是否会抛出异常，如果保证不会抛出异常就返回true，可能会就返回false

示例（有noexcept但是还是会throw）：

double Divide(int a, int b) noexcept
{// 当b == 0时抛出异常if (b == 0){throw "Division by zero condition!";}return (double)a / (double)b;
}
int main()
{try{int len, time;cin >> len >> time;cout << Divide(len, time) << endl;}catch (const char* errmsg){cout << errmsg << endl;}catch (...){cout << "Unkown Exception" << endl;}int i = 0;cout << noexcept(Divide(1, 2)) << endl;cout << noexcept(Divide(1, 0)) << endl;cout << noexcept(++i) << endl;return 0;
}

编译时通过，运行时，输入：1 0，直接干没了
在这里插入图片描述
不带noexcept：

double Divide(int a, int b)

输入2 2 运行结果：
在这里插入图片描述

七，标准异常

官方文档：https://legacy.cplusplus.com/reference/exception/exception/

C++标准库也定义了⼀套自己的⼀套异常继承体系库，基类是exception，所以我们⽇常写程序，需要在主函数捕获exception即可，要获取异常信息，调⽤what函数，what是⼀个虚函数，派生类可以重写。
标准异常头文件;<stdexcept>

在这里插入图片描述
标准库常见异常类:

异常类	用途
std::logic_error	程序逻辑错误（如无效参数）
std::runtime_error	运行时错误（如文件不存在）
std::bad_alloc	内存分配失败（new 抛出）
std::out_of_range	越界访问（如 vector::at）

示例：

int main() {try {// 尝试执行的代码块std::vector<int> v(1000000000); // 可能抛出 std::bad_allocthrow std::runtime_error("自定义运行时错误"); // 构造并抛出标准异常类：runtime_error异常，并且用"自定义运行时错误"构造它，把异常信息设置成这句话。后续.what()的时候，就可以获取异常信息}catch (const std::exception& e) {// 异常处理块std::cerr << "捕获异常: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

执行流程

try 块中的代码执行:
- 首先尝试创建一个超大vector v(1000000000)
  - 如果系统内存不足，会抛出 std::bad_alloc 异常
  - 如果创建成功，继续执行下一行
- 然后执行 throw std::runtime_error("自定义运行时错误")
  - 这行代码会主动抛出一个运行时错误异常
catch 块捕获异常:
- 无论抛出的是 std::bad_alloc 还是 std::runtime_error
- 因为它们都继承自 std::exception，所以都会被这个catch块捕获
- 捕获后执行异常处理代码，打印错误信息