C++ :try 语句块和异常处理

jinchanchanwaji

C++ 异常处理机制：try、catch 和 throw
异常处理是 C++ 中处理运行时错误的机制，通过 ​分离正常逻辑与错误处理 提升代码可读性和健壮性。

​1. 基本结构
异常处理由三个关键字组成：

​try：包裹可能抛出异常的代码块。
​catch：捕获并处理特定类型的异常。
​throw：主动抛出异常对象。

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try {

    // 可能抛出异常的代码

    if (error_condition) {

        throw exception_object; // 抛出异常

    }

} catch (ExceptionType1 &e) {

    // 处理 ExceptionType1 类型异常

} catch (ExceptionType2 &e) {

    // 处理 ExceptionType2 类型异常

} catch (...) {

    // 捕获所有未处理的异常（不推荐滥用）

}

​2. 异常处理流程
注意：catch(...)捕获所有异常，但无法获取异常信息，通常用于最后兜底。

​抛出异常：当throw执行时，程序立即终止当前代码块，开始查找匹配的catch块。
​栈展开​（Stack Unwinding）：
从抛出点开始，逐层退出函数调用栈，直到找到匹配的catch块。
退出时，当前作用域的局部对象会被析构（依赖RAII机制）。
​匹配catch块：
catch块按声明顺序匹配异常类型。
若未找到匹配的catch块，调用std::terminate()终止程序。

​3. 标准异常类
C++ 标准库定义了一组异常类（需包含 <stdexcept>）：


示例：使用标准异常

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#include <stdexcept>

#include <vector>

 

void checkIndex(const std::vector<int>& vec, int index) {

    if (index < 0 || index >= vec.size()) {

        throw std::out_of_range("索引越界");

    }

}

​4. 自定义异常类
通过继承 std::exception 定义特定错误类型：

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#include <exception>

#include <string>

 

class MyException : public std::exception {

public:

    MyException(const std::string& msg) : msg_(msg) {}

    const char* what() const noexcept override {

        return msg_.c_str();

    }

private:

    std::string msg_;

};

 

// 使用自定义异常

throw MyException("自定义错误消息");

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noexcept 关键字

​声明函数不抛出异常：

void safe_function() noexcept {

    // 保证不会抛出异常

}

​移动构造函数/析构函数：建议标记为 noexcept，避免容器操作（如 std::vector 扩容）时回退到低效拷贝。
​noexcept 运算符：检查表达式是否可能抛出异常。

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bool is_noexcept = noexcept(safe_function()); // true

​5. 捕获异常的最佳实践
​按派生类到基类顺序捕获：确保更具体的异常优先处理。
​通过引用捕获：避免对象切片（尤其对多态异常类）。
​处理已知异常：避免滥用 catch (...)。
​优先使用标准异常类：如std::runtime_error，而非基本类型。
​按顺序捕获异常：先捕获派生类，再捕获基类。
​避免空catch块：至少记录错误信息。
​资源管理用RAII：如std::unique_ptr、std::lock_guard。
​限制异常使用：仅处理严重错误，避免性能损耗。

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#include <iostream>

#include <fstream>

#include <stdexcept>

 

class FileReader {

public:

    FileReader(const std::string& filename) : file_(filename) {

        if (!file_.is_open()) {

            throw std::runtime_error("无法打开文件: " + filename);

        }

    }

    // 使用RAII自动关闭文件

    ~FileReader() noexcept = default;

 

    void read() {

        // 读取文件内容（可能抛出异常）

    }

 

private:

    std::ifstream file_;

};

 

int main() {

    try {

        FileReader reader("nonexistent.txt");

        reader.read();

    } catch (const std::runtime_error& e) {

        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;

    } catch (...) {

        std::cerr << "未知错误" << std::endl;

    }

    return 0;

}

​6. 重新抛出异常
在 catch 块中可重新抛出当前异常（保留原始异常信息）：

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catch (const std::exception &e) {

    std::cerr << "记录错误: " << e.what() << std::endl;

    throw; // 重新抛出异常，供上层处理

}

​7. 异常安全（Exception Safety）​
确保代码在异常发生时仍保持数据一致性，分三个等级：

实现强保证的示例：

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void updateData() {

    auto backup = data_; // 备份原始数据

    try {

        modifyData();     // 可能抛出异常的操作

    } catch (...) {

        data_ = backup;   // 失败时恢复备份

        throw;

    }

}

​8. 异常处理与资源管理（RAII）​
通过 ​资源获取即初始化（RAII）​ 自动释放资源（如内存、文件句柄），避免异常导致泄漏：

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#include <memory>

#include <fstream>

 

void processFile(const std::string& filename) {

    std::ofstream file(filename); // 文件自动管理

    if (!file) {

        throw std::runtime_error("无法打开文件");

    }

    // 使用 file 对象，即使抛出异常也会自动关闭文件

}

​9. 综合示例

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#include <iostream>

#include <stdexcept>

 

class NetworkError : public std::runtime_error {

public:

    NetworkError() : std::runtime_error("网络连接失败") {}

};

 

void connectToServer() {

    bool connectionFailed = true;

    if (connectionFailed) {

        throw NetworkError();

    }

}

 

int main() {

    try {

        connectToServer();

    } catch (const NetworkError &e) {

        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;

        // 尝试重连或终止程序

    } catch (const std::exception &e) {

        std::cerr << "其他错误: " << e.what() << std::endl;

    }

    return 0;

}

​10. 注意事项
​析构函数中的异常：析构函数默认应为 noexcept，若抛出异常可能导致程序终止。
​性能开销：异常处理比返回错误码略慢，但现代编译器优化后差异较小。
​适用场景：适合处理不可恢复的错误（如文件缺失、内存不足）。

​11. 总结

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jinchanchanwaji

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