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C++异常处理时的异常类型抛出选择

article 2025/3/22 15:18:54

在 C++ 中选择抛出哪种异常类型，主要取决于错误的性质以及希望传达的语义信息。以下是一些指导原则，帮助在可能发生异常的地方选择合适的异常类型进行抛出：

1. `std::exception`

适用场景：作为所有标准异常的基类，std::exception 本身通常不直接用于抛出异常，而是作为自定义异常类的基类。
使用场景：如果需要定义自己的异常类，可以继承 std::exception。

2. `std::runtime_error`

适用场景：用于报告运行时错误，即在程序运行过程中由于外部条件或不可预见的情况导致的错误。
常见情况：
- 文件操作失败（如文件无法打开）。
- 网络连接失败。
- 动态加载库失败。
- 其他与运行环境相关的错误。

3. `std::logic_error`

适用场景：用于报告逻辑错误，即程序内部的逻辑问题，通常是由于程序设计不当或输入不符合预期导致的错误。
常见情况：
- 参数验证失败（如函数参数不符合要求）。
- 无效的状态转换。
- 未实现的功能被调用。
- 其他由于程序逻辑错误导致的问题。

4. `std::out_of_range`

适用场景：用于报告越界错误，即访问了超出有效范围的索引或位置。
常见情况：
- 访问容器（如 std::vector、std::string）时索引超出范围。
- 访问数组时索引越界。

5. `std::bad_alloc`

适用场景：用于报告内存分配失败的错误。
常见情况：
- new 操作符无法分配内存时，会抛出 std::bad_alloc。
- 其他内存分配相关的失败情况。

具体选择的依据

错误的性质：
- 如果错误是由于运行时外部条件导致的，选择 std::runtime_error。
- 如果错误是由于程序逻辑问题导致的，选择 std::logic_error。
- 如果错误是由于越界访问导致的，选择 std::out_of_range。
- 如果错误是由于内存分配失败导致的，选择 std::bad_alloc。
语义清晰性：
- 选择能够最好地描述错误类型的异常类，这样可以让捕获异常的代码更容易理解错误的来源和性质。
代码风格和团队约定：
- 在团队开发中，遵循团队的编码规范和异常处理约定，保持一致性。

示例代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>

void processFile(const std::string& filename) {
    // 模拟文件打开失败的运行时错误
    if (filename.empty()) {
        throw std::runtime_error("Filename is empty");
    }
}

void validateInput(int value) {
    // 模拟逻辑错误，参数不符合要求
    if (value < 0) {
        throw std::logic_error("Input value cannot be negative");
    }
}

int getElement(std::vector<int>& vec, size_t index) {
    // 模拟越界错误
    if (index >= vec.size()) {
        throw std::out_of_range("Index out of range");
    }
    return vec[index];
}

int main() {
    try {
        processFile(""); // 可能抛出 std::runtime_error
    } catch (const std::runtime_error& e) {
        std::cout << "Runtime error: " << e.what() << std::endl;
    }

    try {
        validateInput(-5); // 可能抛出 std::logic_error
    } catch (const std::logic_error& e) {
        std::cout << "Logic error: " << e.what() << std::endl;
    }

    try {
        std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
        getElement(vec, 5); // 可能抛出 std::out_of_range
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cout << "Out of range error: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

选择抛出哪种异常类型，主要依据错误的性质和希望传达的语义信息。std::runtime_error 用于运行时错误，std::logic_error 用于逻辑错误，std::out_of_range 用于越界错误，std::bad_alloc 用于内存分配错误。通过合理选择异常类型，可以使代码更具可读性和可维护性。

在C++中，选择抛出哪种标准异常类需要根据错误的类型、发生场景以及标准库的规范来判断。具体的选择依据和常见场景如下：

一、标准异常类的分类与适用场景

std::exception
- 基类：所有标准异常的基类，通常不直接抛出，而是通过其派生类使用。
- 适用场景：当需要统一捕获所有异常时，例如：
```
catch (const std::exception& e) {
    std::cerr << e.what();  // 输出错误信息
}
```
std::runtime_error
- 运行时错误：表示无法在编译时检测到的错误，例如内存分配失败、系统资源不足等。
- 典型用例：
  - 内存分配失败时抛出 std::bad_alloc（runtime_error 的子类）。
  - 文件操作失败（如打开不存在的文件）。
std::logic_error
- 逻辑错误：表示可以通过代码逻辑避免的错误，例如参数校验失败、算法逻辑错误等。
- 常见子类：
  - std::invalid_argument：参数无效（如除零操作）。
  - std::out_of_range：索引越界（如访问容器超出范围的元素）。
  - std::domain_error：数学运算中使用无效的输入域（如对负数开平方根）。
其他具体异常类
- std::bad_cast：dynamic_cast 类型转换失败时抛出。
- std::bad_typeid：typeid 操作符作用于 NULL 指针时抛出。

二、选择异常类的判断依据

错误类型是否可预见
- 逻辑错误（logic_error）：若错误可通过代码逻辑提前检测（如参数校验），应抛出逻辑错误类。
- 运行时错误（runtime_error）：若错误无法在编译时或运行时早期检测（如内存分配失败），应抛出运行时错误类。
错误的粒度
- 优先使用具体子类：例如，参数无效时应抛出 std::invalid_argument，而非更宽泛的 std::runtime_error。
- 自定义异常类：若标准类无法准确描述错误，可继承 std::exception 自定义异常类。
标准库的约定
- 遵循标准库的异常抛出规则。例如：
  - std::vector::at() 在越界时抛出 std::out_of_range。
  - new 操作符在内存不足时抛出 std::bad_alloc。

三、示例代码

参数校验失败（逻辑错误）

void divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::invalid_argument("Divisor cannot be zero");
    }
}

内存分配失败（运行时错误）

int* createArray(size_t size) {
    try {
        return new int[size];
    } catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cerr << "Memory allocation failed: " << e.what();
        return nullptr;
    }
}

索引越界（逻辑错误）

std::vector vec = {1, 2, 3};
try {
    int value = vec.at(5);  // 抛出 std::out_of_range
} catch (const std::out_of_range& e) {
    std::cerr << "Index out of range: " << e.what();
}