C++ :try 语句块和异常处理

 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。

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​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。

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）
}

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​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。

1. ​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。
2. ​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）。
3. ​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。

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​3. 标准异常类

C++ 标准库定义了一组异常类（需包含 ）：

异常类	说明
std::exception	所有标准异常的基类
std::runtime_error	运行时错误（如无效输入）
std::logic_error	逻辑错误（如无效参数）
std::out_of_range	访问越界（如 vector::at）
std::bad_alloc	内存分配失败（new 失败）

示例：使用标准异常

#include 
#include 

void checkIndex(const std::vector& vec, int index) {
    if (index < 0 || index >= vec.size()) {
        throw std::out_of_range("索引越界");
    }
}

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​4. 自定义异常类

通过继承 std::exception 定义特定错误类型：

#include 
#include 

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");

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。

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

 

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​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。

#include 
#include 
#include 

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;
}

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​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）：

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
}

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​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：

​级别	​说明	​实现方法
​基本保证	异常发生后，对象仍有效且无资源泄漏。	依赖RAII（如智能指针、文件句柄）
​强保证	操作要么完全成功，要么状态回滚到操作前。	事务语义或拷贝-交换惯用法
​不抛保证	函数保证不抛出异常。	使用noexcept声明

 实现强保证的示例：

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;
    }
}

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​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：

#include 
#include 

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
}

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​9. 综合示例

#include 
#include 

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;
}

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​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）。

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​11. 总结

​关键点	​说明
分离错误处理逻辑	使主流程代码更清晰
栈展开与 RAII	确保资源自动释放，避免泄漏
自定义异常类	提供更清晰的错误信息分类
noexcept 优化	声明不抛异常的函数以提升性能
异常安全等级	根据需求选择基本、强或无异常保证