C++异常处理实战：优雅应对运行时错误的7大策略

目录
1. C++异常处理概述
2. 理解异常处理基本机制

2.1 异常的定义和分类

2.1.1 标准异常类型
2.1.2 自定义异常类型

2.2 异常抛出与捕获机制

2.2.1 抛出异常的关键字throw
2.2.2 捕获异常的关键字try和catch
2.2.3 finally块的作用和用法

2.3 异常安全性的概念

2.3.1 异常安全保证的级别
2.3.2 实现异常安全性的策略

3. C++异常处理的高级技巧

3.1 异常规格说明的变迁

3.1.1 异常规格说明的老式用法
3.1.2 异常规格说明的现代替代方案

3.2 抛出异常的时机和策略

3.2.1 何时应当抛出异常
3.2

解锁专栏，查看完整目录
1. C++异常处理概述
C++作为一门成熟的编程语言，在其众多特性中，异常处理（Exception Handling）是一项重要的功能，用以处理程序运行时可能出现的异常情况。不同于传统错误处理机制，C++通过一套异常处理关键字（如try、catch、throw）提供了一种更为清晰和结构化的错误处理方式。异常处理不仅可以简化错误代码的编写，还有助于增强程序的健壮性和可维护性。
异常处理机制的核心在于能够在发生错误或者异常条件的时候，从错误点跳转到“异常安全”（Exception-Safe）的代码块中，从而允许程序继续正常执行或者优雅地终止。在本章中，我们将概述C++异常处理的基本概念、分类和应用，为深入理解后续章节内容打下坚实的基础。接下来的章节将进一步探讨异常处理的详细机制、最佳实践以及在资源管理和性能考量方面的应用。
2. 理解异常处理基本机制
2.1 异常的定义和分类
在C++中，异常是指程序运行时发生的意外情况，它中断了正常的程序执行流程。异常处理是一种错误处理机制，使得程序能够优雅地从错误中恢复或者提供错误的上下文信息。
2.1.1 标准异常类型
C++标准库中定义了一系列标准异常类型，它们都继承自std::exception类。这包括了std::runtime_error和std::logic_error等。
// 示例代码：展示如何抛出和捕获标准异常#include <stdexcept>#include <iostream>void someFunction() { throw std::runtime_error("A runtime error has occurred.");}int main() { try { someFunction(); } catch (const std::exception& e) { std::cerr << "Exception caught: " << e.what() << std::endl; } return 0;}登录后复制
在上述代码中，someFunction函数抛出了一个std::runtime_error异常，该异常被main函数中的try-catch块捕获。std::exception类提供了what()方法，返回描述异常信息的字符串。
2.1.2 自定义异常类型
开发者也可以根据需要定义自己的异常类型。通过继承std::exception类或其派生类来创建自定义异常。
// 示例代码：展示如何定义和使用自定义异常类型#include <iostream>// 定义自定义异常类class MyException : public std::exception {public: const char* what() const throw() { return "My custom exception occurred."; }};void riskyOperation() { // 在条件满足时抛出异常 if (/* some condition */) { throw MyException(); }}int main() { try { riskyOperation(); } catch (const MyException& e) { std::cerr << "MyException caught: " << e.what() << std::endl; } return 0;}登录后复制
在该例子中，MyException类继承自std::exception，并实现了what()方法。riskyOperation函数抛出了MyException异常，该异常随后在main函数中被捕获。
2.2 异常抛出与捕获机制
2.2.1 抛出异常的关键字throw
关键字throw用于抛出异常。一个throw表达式后面通常跟有一个异常对象，该对象的类型决定了捕获它的catch块。
// 示例代码：使用throw关键字void throwFunction() { throw std::runtime_error("Error occurred!");}登录后复制
2.2.2 捕获异常的关键字try和catch
关键字try和catch用于捕获和处理异常。try块中编写可能抛出异常的代码，而catch块负责处理捕获到的异常。
try { // 可能抛出异常的代码} catch (SomeExceptionType& e) { // 处理SomeExceptionType类型的异常} catch (...) { // 处理所有其他类型的异常}登录后复制
2.2.3 finally块的作用和用法
虽然C++标准中没有正式的finally块，但可以使用函数的局部对象（通过析构函数）来模拟finally的行为。
class MyResource {public: ~MyResource() { // 执行清理代码 }};void functionWithFinally() { MyResource res; // 析构函数保证资源的释放 // 可能抛出异常的代码}登录后复制
2.3 异常安全性的概念
异常安全性是指当异常发生时，程序的状态保持一致性和资源不会泄露。
2.3.1 异常安全保证的级别
异常安全性通常分为以下三个级别：

基本保证：确保程序的异常不会导致资源泄露，但对象的状态可能不一致。
强烈保证：确保异常发生后，程序仍处于一个有效状态，并且操作前后的对象状态一致。
不抛出保证：确保操作绝对不会抛出异常。

2.3.2 实现异常安全性的策略
实现异常安全性的一个常见策略是使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization），确保资源在构造时获取，在析构时释放。
// 示例代码：使用RAII保证异常安全性class ResourceGuard {private: FILE* file;public: ResourceGuard(const char* path, const char* mode) { file = fopen(path, mode); } ~ResourceGuard() { if (file) { fclose(file); } } FILE* getFile() { return file; }};登录后复制
在上述代码中，ResourceGuard类负责文件的打开和关闭，当ResourceGuard对象离开作用域时，文件资源会被自动释放。
3. C++异常处理的高级技巧
3.1 异常规格说明的变迁
3.1.1 异常规格说明的老式用法
老式的C++规范中，开发者会使用throw关键字后面跟上一个异常类型列表来明确表示一个函数可能抛出的异常类型。例如：
void oldStyleFunction() throw(int, double, const char*) { // function implementation}登录后复制
在上述代码中，oldStyleFunction声明了它只能抛出int、double或const char*类型的异常。这样的声明对程序员来说是一个明确的信号，关于函数抛出异常的预期。但这种老式的用法有其局限性：

它不能涵盖所有异常类型，特别是那些派生自同一基类的异常类型。
noexcept特性的引入使得这种老式的异常规范变得不再必要，因为noexcept提供了更清晰的方式来指定函数不抛出任何异常。

3.1.2 异常规格说明的现代替代方案
C++11标准引入了noexcept关键字，它提供了一个更现代、更简洁的方式来声明函数是否可能抛出异常。使用noexcept，可以明确指定函数不抛出异常，如下所示：
void modernFunction() noexcept { // function implementation}登录后复制
如果modernFunction抛出异常，程序将调用std::terminate()并立即终止。noexcept的出现使得异常规范更加简洁，也更加实用，因为许多现代库使用noexcept来确保其接口的异常安全性。
3.2 抛出异常的时机和策略
3.2.1 何时应当抛出异常
在C++编程中，抛出异常通常是在一个函数检测到错误条件发生，并且无法合理地处理该错误时的合适时机。抛出异常之前，函数应确保所有已经分配的资源被释放，避免资源泄露。一个良好的异常抛出时机的示例代码如下：
void checkAndThrow(int value) { if (value < 0) { throw std::invalid_argument("Value must be non-negative"); } // 正常的处理逻辑}登录后复制
在这个例子中，如果value参数为负数，则抛出std::invalid_argument异常。这是适当的，因为函数无法在这种情况下完成其预期任务。
3.2