[C++] 异常处理机制及使用案例

什么是C++异常处理?

C++ 异常处理是一种机制，用于在程序运行过程中处理可能发生的错误或异常情况。当发生异常时，程序会跳出当前的执行流程，并查找能够处理该异常的代码块，执行相应的处理逻辑，从而避免程序崩溃或产生未定义行为。

异常可以是由系统抛出的（如内存分配失败）或由程序员主动抛出的（如检测到输入错误）。C++ 中的异常处理机制主要包括以下几个部分：

1. 异常的抛出：使用 throw 关键字抛出异常对象。

2. 异常的捕获：使用 try-catch 块捕获异常，并执行相应的处理逻辑。

3. 异常的处理：在 catch 块中，可以对捕获到的异常进行处理，包括输出异常信息、记录日志、重新抛出异常或返回默认值等。

4. 异常的传递：如果异常没有被捕获，它会在调用栈中继续向上抛出，直到遇到能够处理异常的代码块。

异常处理能够增强程序的健壮性和可靠性，使得程序能够更好地应对异常情况并进行相应的处理。

C++ 异常处理的案例

以下是一些使用 C++ 异常处理的案例：

数组越界异常处理

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int main() {
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    try {
        int val = arr[5];
    } catch(const std::out_of_range& e) {
        std::cout << "数组越界异常：" << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

文件打开异常处理

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>

int main() {
    std::ifstream file;
    try {
        file.open("nonexistent.txt");
        if (!file.is_open()) {
            throw std::runtime_error("文件打开失败");
        }
        // 其他文件操作
        file.close();
    } catch(const std::exception& e) {
        std::cout << "异常：" << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

自定义异常类

#include <iostream>
#include <stdexcept>

class MyException : public std::exception {
public:
    MyException(const char* message) : m_message(message) {}
    virtual const char* what() const noexcept {
        return m_message;
    }
private:
    const char* m_message;
};

int divide(int numerator, int denominator) {
    if (denominator == 0) {
        throw MyException("除数不能为零");
    }
    return numerator / denominator;
}

int main() {
    try {
        int result = divide(10, 0);
    } catch(const MyException& e) {
        std::cout << "自定义异常：" << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

这些示例展示了如何使用 C++ 异常处理来处理各种异常情况，保护代码免受错误的影响，并提供适当的错误信息。

stdexcept 标准库

stdexcept 是 C++ 标准库中的头文件，其中定义了一些常见的异常类。它提供了一组用于常见异常类型的类，这些异常类是从 std::exception 类派生而来的。

以下是 stdexcept 头文件中定义的异常类和使用案例：

std::logic_error 异常类

• std::logic_error 是一个基类，用于派生针对逻辑错误的异常类，如 std::invalid_argument 和 std::length_error。

• 示例：

  #include <iostream>
  #include <stdexcept>
  
  int main() {
      try {
          throw std::logic_error("逻辑错误");
      } catch(const std::logic_error& e) {
          std::cout << "逻辑错误异常：" << e.what() << std::endl;
      }
      return 0;
  }
  
  

std::invalid_argument 异常类

• std::invalid_argument 表示传递给函数的参数无效。

• 示例：

  #include <iostream>
  #include <stdexcept>
  
  int divide(int numerator, int denominator) {
      if (denominator == 0) {
          throw std::invalid_argument("除数不能为零");
      }
      return numerator / denominator;
  }
  
  int main() {
      try {
          int result = divide(10, 0);
      } catch(const std::invalid_argument& e) {
          std::cout << "无效参数异常：" << e.what() << std::endl;
      }
      return 0;
  }

std::length_error 异常类

• std::length_error 表示长度错误，例如字符串长度超出限制。

• 示例：

  #include <iostream>
  #include <stdexcept>
  
  int main() {
      try {
          std::string str(1000000000, 'a');  // 创建一个长度为 1,000,000,000 的字符串
      } catch(const std::length_error& e) {
          std::cout << "长度错误异常：" << e.what() << std::endl;
      }
      return 0;
  }

std::out_of_range 异常类

• std::out_of_range 表示索引超出范围，例如数组越界或迭代器越界。

• 示例：

  #include <iostream>
  #include <stdexcept>
  
  int main() {
      try {
          std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
          int value = vec.at(5);  // 索引超出范围
      } catch(const std::out_of_range& e) {
          std::cout << "索引超出范围异常：" << e.what() << std::endl;
      }
      return 0;
  }

通过使用 stdexcept 中定义的异常类，可以更方便地创建和处理常见的异常情况，提供有用的错误信息，并帮助代码更健壮地处理异常。