「C/C++」C++标准库 之 #include<exception> 异常处理库

news2024/11/13 6:42:26

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    • C++异常处理详解
      • 一、C++ 异常处理的基本结构
      • 二、自定义异常类
      • 三、异常规范(C++11 已废弃)
      • 四、标准异常类
      • 五、多重捕获和重新抛出
      • 六、总结

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 trythrowcatch 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:trythrowcatch

  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
    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 intchar 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 trythrowcatch 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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