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第35章 异常处理

在程序运行过程中，难免会出现各种错误（如除以零、数组越界、内存分配失败等）。C++ 提供了异常处理机制，用于在程序出错时捕获错误并进行相应处理，避免程序直接崩溃，提高程序的健壮性和容错能力。

35.1 异常处理的基本概念​

异常是程序运行时出现的非正常情况（运行错误）。异常处理核心机制：抛出throw、捕获catch、监测代码块try。 完整流程：try包裹风险代码，出错时执行throw抛出异常；程序跳转至匹配的catch块处理；若无匹配捕获，程序终止。

35.2 异常处理基础语法​

try {
    // 可能出错的代码
    if(错误条件成立){
        throw 异常数据;
    }
}
catch(异常类型1 变量) {
    // 处理类型1异常
}
catch(异常类型2 变量) {
    // 处理类型2异常
}
// 可使用catch(...)捕获所有异常

35.2.1 try块​

必须紧跟至少一个catch，仅包裹存在运行风险的代码，作用是开启异常监听。

35.2.2 throw语句​

主动抛出异常，可抛出任意基础类型、结构体、类对象： throw 表达式; 抛出的数据会复制一份传递给对应catch。

35.3 基础异常示例（数值错误码）​

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

// 计算三角形面积，边长非法抛出错误码
double triangleArea(int a, int b, int c) {
    if(a <= 0 || b <=0 || c <=0) {
        throw -1; // 边长负数，抛出-1
    }
    if(a + b <= c || a + c <= b || b + c <= a) {
        throw -2; // 无法构成三角形
    }
    double s = (a + b + 1.0) / 2;
    return sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c));
}

int main() {
    try {
        double area = triangleArea(3,4,5);
        cout << "三角形面积：" << area << endl;
        area = triangleArea(1,1,3); // 触发异常
        cout << "三角形面积：" << area << endl;
    }catch (int errCode) {
        if(errCode == -1) {
            cout << "错误：边长必须为正数" << endl;
        }else if(errCode == -2) {
            cout << "错误：给定边长无法构成三角形" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

35.4 自定义异常类​

基础类型传递信息有限，自定义类可携带错误代码、错误描述。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class MyException {
private:
    int code;
    string msg;
public:
    MyException(int c, string m): code(c), msg(m) {}
    int getCode() const { return code; }
    string getMsg() const { return msg; }
};

void openFile(string filename) {
    if(filename.empty()) {
        throw MyException(1001, "文件名不能为空");
    }
    if(filename.find(".txt") == string::npos) {
        throw MyException(1002, "文件必须是.txt格式");
    }
    cout << "文件" << filename << "打开成功" << endl;
}

int main() {
    try {
        openFile("data.doc");
    }catch(const MyException& e) {
        cout << "错误代码：" << e.getCode() << endl;
        cout << "错误信息：" << e.getMsg() << endl;
    }
    return 0;
}

35.5 异常的传播机制​

若当前try-catch没有匹配的异常类型，异常会向上传递到上层调用函数，逐层查找捕获；全程无捕获则程序调用terminate直接结束。 示例：

#include <iostream>
using namespace std;

void func3() {
    cout << "进入func3" << endl;
    throw "func3中发生异常";
    cout << "离开func3" << endl; // 不会执行
}
void func2() {
    cout << "进入func2" << endl;
    func3();
    cout << "离开func2" << endl; // 不会执行
}
void func1() {
    cout << "进入func1" << endl;
    try {
        func2();
    }catch(const char* msg) {
        cout << "在func1中捕获异常：" << msg << endl;
    }
    cout << "离开func1" << endl;
}

int main() {
    func1();
    return 0;
}

输出：

进入func1
进入func2
进入func3
在func1中捕获异常：func3中发生异常
离开func1

35.6 异常处理规则​

  1. 类型严格匹配：catch捕获类型必须与抛出类型一致；派生类异常可被基类引用捕获。
class Base {};
class Derived : public Base {};
int main() {
    try {
        throw Derived();
    }catch(Base& b) {
        cout << "捕获派生类异常" << endl;
    }
    return 0;
}
  1. 万能捕获catch(...)：放在所有catch最后，捕获任意类型未知异常。
  2. 禁止析构函数抛异常：析构抛出异常无捕获会导致资源泄漏、程序崩溃。
  3. 构造函数可抛异常：构造抛出异常时，对象不会完整创建，已分配资源需手动释放。
  4. 抛出的异常对象会复制，catch建议使用引用接收，减少拷贝开销。

35.7 C++标准异常库​

头文件<stdexcept>，所有标准异常继承std::exception，通用what()方法返回错误字符串：

异常类触发场景
std::out_of_range数组/容器下标越界（vector.at）
std::invalid_argument传入非法参数
std::bad_allocnew内存分配失败

示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
    try {
        vector<int> v(5);
        v.at(10) = 1; // 越界抛出out_of_range
    }catch(const out_of_range& e) {
        cout << "越界错误：" << e.what() << endl;
    }
    try {
        int* p = new int[999999999999]; // 内存不足抛bad_alloc
    }catch(const bad_alloc& e) {
        cout << "内存分配失败：" << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

35.8 异常vs错误码对比​

  1. 错误码：函数返回标识，正常业务代码与错误判断大量混杂，代码冗余；适合轻微可预期错误。
  2. 异常：正常逻辑与错误处理分离，错误自动向上传递；适合不可预测严重运行错误。