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【C++11】异常

news 来源：原创 2025/7/20 23:34:36

前言

上文我们学习到了C++11中类的新功能【C++11】类的新功能-CSDN博客
本文我们来学习C++下一个新语法：异常

1.异常的概念

异常的处理机制允许程序在运行时就出现的问题进行相应的处理。异常可以使得我们将问题的发现和问题的解决分开，程序的一部分负责检测，而另一部分负责处理，检测环节无需过多的细节。

当发生错误时，C语言主要通过错误码的形式处理错误，错误码本质是将不同的错误信息进行编号，拿到错误码我们还需要进行查询才能得知具体是什么错误，比较麻烦。而异常则是抛出一个对象，这个对象可以涵盖对于这个错误的各种信息。

2.异常的抛出和捕获

当程序出现问题时，我们将会通过【throw】抛出一个对象来引发一个异常，该对象的类型以及当前的位置决定了由哪个catch来处理。

被选中的catch是调用链中与给对象类型匹配且离抛出位置最近的那一个。根据抛出异常对象的类型和内容，程序的抛出异常部分会告知到底发生了什么错误。

当throw执行时，thorw后面的代码将不再执行，就像break一样直接跳出。程序的执行从throw的位置直接跳到匹配的catch位置，catch可能在同一个函数中，有可能在调用链的其他函数中。这里有两个注意点：1.沿着调用链的函数可能会提前退出，2.一旦程序开始执行抛异常，沿着调用链创建的对象都将销毁

抛出异常对象后，会产生一个异常对象的临时对象，因为抛出的异常可能的局部对象。这个临时对象会在catch语句后销毁。

3.栈展开

抛异常后，程序会暂停当前的执行，开始寻找与之匹配的catch子句。首先检查throw本身是否在try内部，如果在则查找有没有匹配的catch语句，如果匹配就跳到catch是位置进行处理。

如果不匹配或者没有try内部，则退出当前函数，继续在外层调用函数链中查找，上述过程被称为栈展开。

如果一直查找到main函数，依然没有匹配的catch语句，那么程序就会调用标准库的terminate函数终止程序。

如果在后续的查找过程中匹配到了相应的catch语句，那么就执行catch语句以及下面的代码。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;double Divide(int a, int b)
{try{//当b为0时抛出异常if (b == 0){string s("除数为0！");throw s;}else{return (double)a / b;}}catch(int errid) //抛异常时，类型不匹配。结束当前函数{cout << errid << endl;}
}void Func()
{int len, time;cin >> len >> time;try{cout << Divide(len, time) << endl;}catch (string errid)//类型匹配，直接跳到这里执行代码{cout << errid << endl;cout << __FUNCTION__ << ":" << __LINE__ << endl;}}int main()
{while(1){try{Func();}catch (string errid)//类型匹配，但只会跳到最近的catch进行匹配{cout << errid << endl;cout << __FUNCTION__ << ":" << __LINE__ << endl;}}
}
//如果抛异常时，所有catch都不匹配就会报错，程序停止。

4.查找匹配的处理代码

一般情况下抛出的对象类型要和catch的接收类型完全一样，如果有多个catch与之匹配，会匹配其最近的catch。

但是也又特殊情况，允许从非常量向常量的类型转化，也是就权限缩小。允许数组转换成指向数组的指针，允许函数转换成函数指针；允许派生类转换为基类，这个在实践中非常常用，一般抛异常都是用这个设计的。

抛异常的匹配如果到了main函数仍然匹配不上，就会报错，程序停止。但是一般来说不是发生严重的错误，我们是不期望程序停止的，所以在main函数的最后我们一般会使用 catch(...)，它可以捕捉任意类型的异常，但是并不能知道具体的异常是什么。

通过继承基类实现不同类型是异常，为了统一捕捉在实践中我们一般都是在main函数中使用catch，try一定要和从catch一起使用。

#include<iostream>
#include<thread>
using namespace std;
//每个异常模块都是继承Exception的派生类，每个异常模块都可以添加自己的数据
//最后捕获的时候，我们捕获基类就可以了//不同的异常类型都通过继承基类来实现
class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg,int id):_errmsg(errmsg),_id(id){ }virtual string what() const{return _errmsg;}int getid() const{return _id;}protected:string _errmsg;int _id;
};class SqlException : public Exception
{
public:SqlException(const string& errmsg,int id,const string& sql):Exception(errmsg,id),_sql(sql){ }virtual string what() const{string str = "SqlException:";str += _errmsg;str += "->";str += _sql;return str;}private:const string _sql;
};class CacheException : public Exception
{
public:CacheException(const string& errmsg, int id):Exception(errmsg, id){ }virtual string what() const{string str = "CacheException:";str += _errmsg;return str;}
};class HttpException : public Exception
{
public:HttpException(const string& errmsg, int id, const string& type):Exception(errmsg, id), _type(type){}virtual string what() const{string str = "HttpException:";str += _type;str += ":";str += _errmsg;return str;}
private:const string _type;
};void SQLMgr()
{if (rand() % 7 == 0){throw SqlException("权限不足", 100, "select * from name = '张三'");}else{cout << "SQLMgr调用成功" << endl;}
}void CacheMgr()
{if (rand() % 5 == 0){throw CacheException("权限不足", 100);}else if (rand() % 6 == 0){throw CacheException("数据不存在", 101);}else{cout << "CacheMgr 调用成功" << endl;}SQLMgr();
}void HttpServer()
{if (rand() % 3 == 0){throw HttpException("请求资源不存在", 100, "get");}else if (rand() % 4 == 0){throw HttpException("权限不足", 101, "post");}else{cout << "HttpServer调用成功" << endl;}CacheMgr();
}int main()
{srand(time(0));while(1){this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));try{HttpServer();}catch (const Exception& e) //派生类可以向基类进行转换，这里用基类进行捕获即可{cout << e.what() << endl;}catch (...)//为防止出现异常不匹配导致程序终止，使用 【...】 进行匹配{cout << "未知异常" << endl;}}
}

5.异常重新抛出

有时catch捕捉到一个异常后，需要对错误进行分类，对其中某一个错误进行特殊处理，而其他的异常要重新抛出给外层调用链处理。异常捕获后，直接使用throw，就可以重新抛出。

#include<iostream>
#include<string>
#include<thread>
using namespace std;//以下程序模拟展示聊天时发送消息的情况
//若不是网络信号导致无法发送，则抛出异常
//若是网络信号不好时抛出异常，尝试多次发送class Exception
{
public:Exception(const string& errmsg, int id):_errmsg(errmsg), _id(id){}virtual string what() const{return _errmsg;}int getid() const{return _id;}protected:string _errmsg;int _id;
};class HttpException : public Exception
{
public:HttpException(const string& errmsg, int id, const string& type):Exception(errmsg, id), _type(type){}virtual string what() const{string str = "HttpException:";str += _type;str += ":";str += _errmsg;return str;}
private:const string _type;
};void _SeedMsg(const string& s)
{if (rand() % 2 == 0){throw HttpException("网络不稳定，发送失败", 102, "put");}else if (rand() % 7 == 0){throw HttpException("对方不是你好友", 103, "put");}else{cout << "发送成功" << endl;}
}void SeedMsg(const string& s)
{for (int i = 0; i < 4; i++){try{_SeedMsg(s);}catch (Exception& e){if (e.getid() == 102){//重新尝试if (i == 3){//网络信号太差，不再过多尝试，重新抛出throw;}cout << "开始第" << i + 1 << "次尝试" << endl;}else{//异常重新抛出throw;}}}
}int main()
{srand(time(0));while(1){this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));try{SeedMsg("hello");}catch (Exception& e){cout << e.what() << endl;}}
}

6.异常安全问题

当执行throw语句时，throw后面的语句将不再执行。当执行throw这个语句要跳出这个函数去匹配catch，但是这个函数之前申请了空间。这就会造成内存泄漏。

出现这种情况就需要我们重新捕获异常，释放资源后再重新抛出。这种处理方式是不好的，下篇文章我会讲到智能指针，使用智能指针来解决这个问题是更好的方法。

7.异常规范

对于用户和编译器而言，预先知道函数会不会抛异常是很有意义的，这有助于简化调用函数的代码。

C++98中函数后面加 throw( )，表示不会抛异常。函数后面加 throw(类型1，类型2，....)，表示可能会抛出异常，如果会抛出多个类型的异常，使用逗号隔开。

C++11中表示方式会更简便一些，函数后面加noexcept表示不会抛出异常。而函数后面什么都不加则表示可能会抛出异常。

不过很搞笑的是，如果一个函数后面加了noexcept，但是函数包含throw语句或者包含可能会抛异常的函数，编译器会顺利的编译通过。但是当这个函数真正抛出异常时，程序会报错停止。

noexcept(函数调用表达式) 还可以作为一个运算符，去检查函数是否可能会抛异常。如果不会抛异常返回true，如果可能会抛异常返回fasle

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