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C++异常处理完全指南：从原理到实战

article 2025/3/26 11:39:41

文章目录

异常的基本概念
基本异常抛出与捕获
多类型异常捕获
异常重新抛出
异常安全
异常规范（noexcept）
栈展开与析构
标准库异常
总结

异常的基本概念

异常是程序运行时发生的非预期事件（如除零、内存不足）。C++通过try、catch和throw提供结构化处理机制，使程序能够优雅处理错误，而非直接崩溃。

核心思想：将错误处理与正常逻辑分离，提高代码可读性和健壮性。

基本异常抛出与捕获

场景：处理除零错误，抛出并捕获异常。

#include <iostream>
#include <stdexcept>  // 标准异常头文件

double divide(double a, double b) 
{
    if (b == 0) 
    {
        throw std::runtime_error("Error: Division by zero!");
    }
    return a / b;
}

int main() 
{
    try 
    {
        double result = divide(10, 0);
        std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    } 
    catch (const std::runtime_error& e) 
    {
        std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}
输出：
Caught exception: Error: Division by zero!

说明：

throw 抛出一个 std::runtime_error 异常对象。
try 块内调用可能抛出异常的代码。
catch 捕获特定异常，e.what() 返回错误信息

多类型异常捕获

场景：根据错误类型抛出不同异常，并分别处理。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void processInput(int value) 
{
    if (value < 0) 
    {
        throw std::invalid_argument("Negative value not allowed!");
    } 
    else if (value > 100) 
    {
        throw std::out_of_range("Value exceeds limit!");
    }
    // 其他逻辑
}

int main() 
{
    try 
    {
        processInput(-5);  // 触发invalid_argument
    } catch (const std::invalid_argument& e) 
    {
        std::cout << "Invalid Argument: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::out_of_range& e) 
    {
        std::cout << "Out of Range: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) 
    {
        std::cout << "Unknown error!" << std::endl;
    }
    return 0;
}
输出：
Invalid Argument: Negative value not allowed!

说明：

多个 catch 块按顺序匹配异常类型。
catch (…) 捕获所有未被匹配的异常。

异常重新抛出

场景：中间层捕获异常后记录日志，重新抛出供上层处理。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void lowLevel() 
{
    throw std::runtime_error("Low-level failure!");
}

void highLevel() 
{
    try 
    {
        lowLevel();
    } catch (const std::runtime_error& e) 
    {
        std::cout << "Logged: " << e.what() << std::endl;
        throw;  // 重新抛出当前异常
    }
}

int main() 
{
    try 
    {
        highLevel();
    } 
    catch (const std::runtime_error& e) 
    {
        std::cout << "Main caught: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}
输出：
Logged: Low-level failure!
Main caught: Low-level failure!

异常安全

核心原则

基本保证：异常发生后，程序处于有效状态（无资源泄漏）。
强保证：操作要么成功，要么状态回滚到操作前（类似事务）。
无抛出保证：操作绝不抛出异常（如swap）。

场景：使用智能指针确保资源在异常发生时自动释放。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <stdexcept>

class Resource 
{
public:
    Resource() { std::cout << "Resource acquired.\n"; }
    ~Resource() { std::cout << "Resource released.\n"; }
};

void riskyOperation() 
{
    auto res = std::make_unique<Resource>();  // RAII管理
    throw std::runtime_error("Oops, something broke!");
    // 即使抛出异常，res的析构函数也会被调用
}

int main() 
{
    try 
    {
        riskyOperation();
    } 
    catch (const std::runtime_error& e) 
    {
        std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}
输出：
Resource acquired.
Resource released.
Error: Oops, something broke!

说明：

RAII（资源获取即初始化）通过对象生命周期管理资源。
智能指针（如 std::unique_ptr）确保内存自动释放。

异常规范（noexcept）

场景：标记不抛出异常的函数。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void safeSwap(int& a, int& b) noexcept 
{  // 保证不抛出异常
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() 
{
    int x = 10, y = 20;
    safeSwap(x, y);
    std::cout << "x=" << x << ", y=" << y << std::endl;
    return 0;
}
输出：
x=20, y=10

栈展开与析构

场景：异常抛出时，栈展开触发局部对象析构。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

class Logger 
{
public:
    Logger() { std::cout << "Logger created.\n"; }
    ~Logger() { std::cout << "Logger destroyed.\n"; }
};

void functionB() 
{
    Logger log;  // 局部对象
    throw std::runtime_error("Error in functionB");
}

void functionA() 
{
    try 
    {
        functionB();
    } 
    catch (...) 
    {
        std::cout << "Caught in functionA\n";
        throw;
    }
}

int main() 
{
    try 
    {
        functionA();
    } 
    catch (...) 
    {
        std::cout << "Caught in main\n";
    }
    return 0;
}
输出：
Logger created.
Logger destroyed.
Caught in functionA
Caught in main