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C++异常处理完全指南：从原理到实战

news 来源：原创 2025/7/14 20:44:08

文章目录

异常的基本概念
基本异常抛出与捕获
多类型异常捕获
异常重新抛出
异常安全
异常规范（noexcept）
栈展开与析构
标准库异常
总结

异常的基本概念

异常是程序运行时发生的非预期事件（如除零、内存不足）。C++通过try、catch和throw提供结构化处理机制，使程序能够优雅处理错误，而非直接崩溃。

核心思想：将错误处理与正常逻辑分离，提高代码可读性和健壮性。

基本异常抛出与捕获

场景：处理除零错误，抛出并捕获异常。

#include <iostream>
#include <stdexcept>  // 标准异常头文件double divide(double a, double b) 
{if (b == 0) {throw std::runtime_error("Error: Division by zero!");}return a / b;
}int main() 
{try {double result = divide(10, 0);std::cout << "Result: " << result << std::endl;} catch (const std::runtime_error& e) {std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
输出：
Caught exception: Error: Division by zero!

说明：

throw 抛出一个 std::runtime_error 异常对象。
try 块内调用可能抛出异常的代码。
catch 捕获特定异常，e.what() 返回错误信息

多类型异常捕获

场景：根据错误类型抛出不同异常，并分别处理。

#include <iostream>
#include <stdexcept>void processInput(int value) 
{if (value < 0) {throw std::invalid_argument("Negative value not allowed!");} else if (value > 100) {throw std::out_of_range("Value exceeds limit!");}// 其他逻辑
}int main() 
{try {processInput(-5);  // 触发invalid_argument} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cout << "Invalid Argument: " << e.what() << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "Out of Range: " << e.what() << std::endl;} catch (...) {std::cout << "Unknown error!" << std::endl;}return 0;
}
输出：
Invalid Argument: Negative value not allowed!

说明：

多个 catch 块按顺序匹配异常类型。
catch (…) 捕获所有未被匹配的异常。

异常重新抛出

场景：中间层捕获异常后记录日志，重新抛出供上层处理。

#include <iostream>
#include <stdexcept>void lowLevel() 
{throw std::runtime_error("Low-level failure!");
}void highLevel() 
{try {lowLevel();} catch (const std::runtime_error& e) {std::cout << "Logged: " << e.what() << std::endl;throw;  // 重新抛出当前异常}
}int main() 
{try {highLevel();} catch (const std::runtime_error& e) {std::cout << "Main caught: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
输出：
Logged: Low-level failure!
Main caught: Low-level failure!

异常安全

核心原则

基本保证：异常发生后，程序处于有效状态（无资源泄漏）。
强保证：操作要么成功，要么状态回滚到操作前（类似事务）。
无抛出保证：操作绝不抛出异常（如swap）。

场景：使用智能指针确保资源在异常发生时自动释放。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <stdexcept>class Resource 
{
public:Resource() { std::cout << "Resource acquired.\n"; }~Resource() { std::cout << "Resource released.\n"; }
};void riskyOperation() 
{auto res = std::make_unique<Resource>();  // RAII管理throw std::runtime_error("Oops, something broke!");// 即使抛出异常，res的析构函数也会被调用
}int main() 
{try {riskyOperation();} catch (const std::runtime_error& e) {std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}
输出：
Resource acquired.
Resource released.
Error: Oops, something broke!

说明：

RAII（资源获取即初始化）通过对象生命周期管理资源。
智能指针（如 std::unique_ptr）确保内存自动释放。

异常规范（noexcept）

场景：标记不抛出异常的函数。

#include <iostream>
#include <stdexcept>void safeSwap(int& a, int& b) noexcept 
{  // 保证不抛出异常int temp = a;a = b;b = temp;
}int main() 
{int x = 10, y = 20;safeSwap(x, y);std::cout << "x=" << x << ", y=" << y << std::endl;return 0;
}
输出：
x=20, y=10

栈展开与析构

场景：异常抛出时，栈展开触发局部对象析构。

#include <iostream>
#include <stdexcept>class Logger 
{
public:Logger() { std::cout << "Logger created.\n"; }~Logger() { std::cout << "Logger destroyed.\n"; }
};void functionB() 
{Logger log;  // 局部对象throw std::runtime_error("Error in functionB");
}void functionA() 
{try {functionB();} catch (...) {std::cout << "Caught in functionA\n";throw;}
}int main() 
{try {functionA();} catch (...) {std::cout << "Caught in main\n";}return 0;
}
输出：
Logger created.
Logger destroyed.
Caught in functionA
Caught in main

说明：
栈展开时，log 的析构函数被调用。

标准库异常

提供的一个网站——cplusplus

C++标准库也定义了⼀套⾃⼰的⼀套异常继承体系库，基类是exception，所以我们⽇常写程序，需要在主函数捕获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。
在这里插入图片描述

总结

通过这些例子，你可以看到 C++ 异常处理的不同应用场景，包括：

如何通过 throw 抛出异常，并通过 catch 捕获处理。
通过多个 catch 语句来处理不同类型的异常。
异常的重新抛出以及其应用。
异常安全，如何通过智能指针避免资源泄漏。
如何使用标准库中的异常类来捕获和处理常见的错误。

这些例子展示了 C++ 异常处理机制在实际编程中的强大作用，可以帮助程序员有效地管理和应对程序运行中的错误。

C++异常处理完全指南：从原理到实战

文章目录异常的基本概念基本异常抛出与捕获多类型异常捕获异常重新抛出异常安全异常规范（noexcept）栈展开与析构标准库异常总结异常的基本概念异常是程序运行时发生的非预期事件（如除零、内存不足）。C通过try、catch和throw提…...

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