淺談c++中的異常處理機制

更新時間：2025年02月11日 09:16:01 作者：HL_LOVE_C

C++異常處理機制通過try/catch/throw結(jié)構(gòu)處理運行時錯誤,本文就來介紹一下c++中的異常處理機制,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

1. 異常處理的三大關(guān)鍵字

1.1 try 塊

作用：包裹可能拋出異常的代碼段。

語法：

try {
    // 可能拋出異常的代碼
}

1.2 throw 表達(dá)式

作用：拋出異常對象（可以是任意類型，但通常繼承自 std::exception）。

語法：

throw exception_object;

1.3 catch 塊

作用：捕獲并處理特定類型的異常。

語法：

catch (ExceptionType1& e) {
    // 處理 ExceptionType1 異常
} catch (ExceptionType2& e) {
    // 處理 ExceptionType2 異常
} catch (...) { // 捕獲所有異常
    // 處理未知異常
}

2. 異常處理流程

拋出異常：代碼執(zhí)行到 throw 時，立即停止當(dāng)前函數(shù)，開始棧展開（Stack Unwinding）。
棧展開：
- 析構(gòu)當(dāng)前作用域的局部對象（按構(gòu)造逆序）。
- 沿調(diào)用鏈向上查找匹配的 catch 塊。
捕獲異常：找到第一個匹配的 catch 塊后執(zhí)行其代碼。
未捕獲異常：若未找到匹配的 catch 塊，調(diào)用 std::terminate() 終止程序。

3. 異常類型與捕獲方式

3.1 標(biāo)準(zhǔn)異常類

C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫定義了一組異常類（位于 <stdexcept> 頭文件），均繼承自 std::exception：

std::logic_error：程序邏輯錯誤（如 std::invalid_argument）。
std::runtime_error：運行時錯誤（如 std::overflow_error）。

自定義異常通常繼承自 std::exception：

class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "My custom exception";
    }
};

3.2 捕獲方式

按值捕獲：拷貝異常對象（可能引發(fā)切片問題）。
按引用捕獲：避免拷貝，保留多態(tài)性（推薦）。
按指針捕獲：需手動管理內(nèi)存（不推薦）。
捕獲所有異常：catch (...)（通常用于日志記錄或資源清理）。

4. 異常安全性

函數(shù)在拋出異常時需保證資源不泄漏，分為三個級別：

基本保證（Basic Guarantee）：異常發(fā)生后，程序處于合法狀態(tài)。
強保證（Strong Guarantee）：操作要么完全成功，要么回滾到操作前的狀態(tài)（事務(wù)語義）。
不拋保證（No-throw Guarantee）：承諾不拋出任何異常（用 noexcept 標(biāo)記）。

5. 關(guān)鍵機制與注意事項

5.1 noexcept 關(guān)鍵字

作用：聲明函數(shù)不會拋出異常，幫助編譯器優(yōu)化代碼。
語法：
```
void func() noexcept; // C++11 起
```

5.2 棧展開與析構(gòu)

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：依賴對象的析構(gòu)函數(shù)自動釋放資源（如智能指針、文件句柄）。
避免在析構(gòu)函數(shù)中拋出異常：可能導(dǎo)致程序終止。

5.3 性能影響

零開銷原則：無異常時代碼無額外開銷。
拋出異常時開銷較大：涉及棧展開和類型匹配，避免頻繁使用異常處理常規(guī)邏輯。

6. 代碼示例

6.1 基本用法

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void riskyOperation(int value) {
    if (value < 0) {
        throw std::invalid_argument("Value cannot be negative");
    }
    // 其他操作
}

int main() {
    try {
        riskyOperation(-5);
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        std::cerr << "Unknown error occurred" << std::endl;
    }
    return 0;
}

6.2 自定義異常

#include <exception>
#include <string>

class NetworkError : public std::exception {
private:
    std::string message;
public:
    NetworkError(const std::string& msg) : message(msg) {}
    const char* what() const noexcept override {
        return message.c_str();
    }
};

void connectToServer() {
    throw NetworkError("Connection timeout");
}