【C++篇】异常处理

1，异常的概念及使用

1.1，异常的概念

1.2，异常的抛出和捕获

1.3，栈展开

1.4，异常的重新抛出

1.5，异常安全问题

1.6，异常规范

2，标准库中的异常

小结：

1，异常的概念及使用

1.1，异常的概念

异常处理是C++用于管理程序运行时错误的核心机制，通过try,catch,throw等关键字实现。它允许将错误检测与处理逻辑分离，提升代码的可读性和健壮性。

1.2，异常的抛出和捕获

程序出现问题时，我们通过抛出（throw)一个对象来引发一个异常，该对象的类型和当前的调用链决定了应该由哪个catch来捕获处理该异常。

当throw执行时，throw后面的代码不再执行。程序的执行从throw位置跳到与之匹配的catch模块。catch可能是同一个函数中的一个局部的catch，也可能是调用链中另一个函数中的catch。一旦程序开始异常处理，沿着调用链的对象都将被销毁。
抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象可能是一个局部对象，所以会生成一个拷贝对象，拷贝对象再catch子句后销毁。

代码示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

double divide(int a, int b) {
if (b == 0) {
throw std::runtime_error("除数不能为零！"); //抛出异常对象
}
return a / b;
}

int main() {
try {
std::cout << divide(10, 0) << std::endl;
} catch (const std::runtime_error& e) { //捕获异常，处理异常
std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
// 输出：错误: 除数不能为零！

1.3，栈展开

抛出异常后，程序暂停当前函数的执行，开始寻找与之匹配的catch子句，首先检查throw是否再try块内部，如果在则查找匹配的catch语句，如果由匹配的，则跳到catch地方进行处理。
如果当前函数没有try/catch子句，或者有但是类型不匹配，退出当前函数，继续在外层调用函数链中查找，上述查找catch的过程称为栈展开。

如果到达main函数，依旧没有找到匹配的catch子句，则程序会调用terminate函数终止程序。有时候达到main函数，还没有找到匹配的，而我们是不希望终止程序的，所以main函数最后一般都使用catch(...)，它可以捕获任意类型的异常，但不知道异常错误是什么。
如果找到匹配的catch子句处理后，catch子句代码会继续执行。

1.4，异常的重新抛出

有时catch到一个异常对象后，需要对错误进行分类，其中的某种异常错误需要进行特殊处理，其他异常则重新抛出给外层调用链处理。捕获异常后重新抛出，直接throw，就可以把捕获的对象重新抛出。

常见应用场景：

1，中间层处理部分逻辑

在多层调用中，中间层捕获异常后记录日志或释放资源，但不处理异常的根本原因：

void middleLayer() {
try {
someRiskyOperation();
} catch (const std::exception& e) {
logError(e.what()); // 记录日志
throw; // 重新抛出，让上层处理
}
}

2，包装异常

捕获原始异常后，抛出一个新的异常类型（如自定义异常），同时保留原始异常信息：

try {
// ...
} catch (const DatabaseException& e) {
throw MyAppException("Database error: " + std::string(e.what()));
}

3，跨线程异常传递

使用 std::exception_ptr 保存异常，稍后在另一线程中重新抛出：

std::exception_ptr eptr;
try {
// 可能抛出异常的代码
} catch (...) {
eptr = std::current_exception(); // 捕获并保存异常
}

// 在另一个线程中重新抛出
if (eptr) {
std::rethrow_exception(eptr);
}

1.5，异常安全问题

异常抛出后，后面的代码就不在执行了，前面申请了资源（内存），后面进行释放。但是中间可能会抛异常，导致资源没有释放，这里就由于异常引发了资源泄露，产生安全性的问题。这里需要使用智能指针的RAII方式解决。
还有析构函数中，如果抛出异常也要谨慎处理，比如要释放 10个资源，释放到第5个时抛出异常，导致后面的资源没有释放，导致资源泄露了。

1.6，异常规范

C++11中，函数的参数列表后加一个noexcept表示该函数不会抛异常。但如果一个声明了noexcept的函数抛出了异常，程序会调用terminate终止程序。

noexcept还可以作为运算符去检测一个表达式是否会抛异常。

noexcept(expression)：根据式表达的结果来决定是否可能抛出异常。如果表达式为 true，则表示不会抛出异常；如果为 false，则表示可能抛出异常。

2，标准库中的异常

C++标准库定义了一套自己的异常体系，基类是exception，所以我们在捕获异常时，捕获exception即可，要获取异常信息，调用what()函数，what()是一个虚函数，派生类可以重写。

（1）C++标准库中常见的类型（继承自：std::exception)

std::logic_error：程序逻辑错误（如无效参数）。
std::runtime_error：运行时错误（如文件未找到）。
std::bad_alloc：内存分配失败（new失败时抛出）。

（2)自定义异常

通过继承std::exception创建自定义异常类：

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

// 使用
throw MyException("自定义异常！");