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C++异常处理详解

在现代编程中，异常处理是确保程序健壮性和可靠性的重要机制之一。C++ 提供了一套强大且灵活的异常处理框架，允许程序在运行时遇到错误或异常情况时，能够优雅地处理这些状况，而不是简单地崩溃或终止。本文将深入探讨 C++ 中的异常处理机制，包括 try、throw 和 catch 关键字的使用，以及自定义异常类、异常规范、标准异常类和多重捕获等内容。

一、C++ 异常处理的基本结构

C++ 的异常处理主要依赖于三个关键字：try、throw 和 catch。

1. try 块：
   try 块标记了一段可能抛出异常的代码。在 try 块内部，你可以写正常的程序代码，同时也可以调用可能抛出异常的函数或方法。

   try {// 可能抛出异常的代码
   }
   

2. throw 语句：
   当 try 块中的代码检测到某个错误或异常情况时，可以使用 throw 语句抛出一个异常。throw 后面可以跟基本数据类型（如 int、char 等）、对象或者是指针。

   throw expression;
   

   例如，如果检测到数组越界，可以抛出一个整数异常：

   throw 100; // 抛出一个整数异常
   

3. catch 块：
   catch 块用于捕获和处理由 try 块中抛出的异常。每个 catch 块都会指定一个异常类型，当抛出的异常类型与 catch 块指定的类型匹配时，该 catch 块就会被执行。

   catch (exception_type variable) {// 处理异常的代码
   }
   

   例如，捕获并处理前面抛出的整数异常：

   try {throw 100;
   } catch (int e) {std::cout << "Caught an integer exception: " << e << std::endl;
   }
   

二、自定义异常类

在实际开发中，常常需要抛出和捕获具有特定意义的异常。为此，可以定义自己的异常类。自定义异常类通常继承自 std::exception 类（或其派生类），这样可以利用标准异常类提供的功能，如获取错误消息等。

#include <iostream>
#include <exception>
#include <string>class MyException : public std::exception {
public:MyException(const std::string& message) : msg_(message) {}virtual const char* what() const noexcept override {return msg_.c_str();}private:std::string msg_;
};int main() {try {throw MyException("Something went wrong!");} catch (const MyException& e) {std::cerr << "Caught MyException: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

三、异常规范（C++11 已废弃）

在 C++11 之前，函数声明中可以包含异常规范，指明该函数可能抛出的异常类型。不过，由于该特性在实际应用中很少使用且存在限制，C++11 标准已将其废弃，并在 C++17 中完全移除。因此，这里仅做简要介绍，不建议在新代码中使用。

void mightThrowException() throw(int, std::bad_alloc); // C++98/03 语法，C++11 已废弃

四、标准异常类

C++ 标准库提供了一系列标准异常类，这些类继承自 std::exception 类。使用标准异常类可以让代码更加规范，便于理解和维护。

• std::bad_alloc：内存分配失败时抛出。
• std::bad_cast：动态类型转换失败时抛出（如 dynamic_cast 失败）。
• std::bad_exception：未知的异常被 std::unexpected 函数抛出时抛出。
• std::domain_error：数学函数域错误时抛出（如 sqrt(-1)）。
• std::invalid_argument：传递给函数的参数无效时抛出。
• std::length_error：试图创建超过允许长度的对象时抛出（如 std::string 太长）。
• std::out_of_range：使用超出有效范围的值时抛出（如数组索引越界）。
• std::overflow_error：算术运算结果超出可表示范围时抛出（如整数溢出）。
• std::range_error：使用无效范围的值时抛出（如 std::stoi 转换失败）。
• std::runtime_error：运行时错误时抛出（一般异常）。
• std::underflow_error：算术运算结果低于可表示范围时抛出（如负整数下溢）。

五、多重捕获和重新抛出

一个 try 块可以对应多个 catch 块，以捕获不同类型的异常。此外，还可以在 catch 块中重新抛出异常，以便上层调用者处理。

try {// 可能抛出多种异常的代码
} catch (const std::runtime_error& e) {std::cerr << "Runtime error: " << e.what() << std::endl;
} catch (const std::bad_alloc& e) {std::cerr << "Memory allocation failed: " << e.what() << std::endl;
} catch (...) {std::cerr << "Unknown exception caught!" << std::endl;// 可以选择重新抛出异常throw;
}

在上面的代码中，catch (...) 是一个通配符捕获块，它可以捕获所有类型的异常。

六、总结

C++ 的异常处理机制为编写健壮和可靠的程序提供了强大的支持。通过合理使用 try、throw 和 catch 关键字，以及自定义异常类和标准异常类，可以显著提升代码的错误处理能力和可维护性。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的异常处理方式，并尽量避免滥用异常，以保持代码的清晰和高效。

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