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【C++】异常介绍：基础概念与核心技巧

news 2025/10/3 9:45:45

关键概念

C++异常处理机制是现代C++编程中不可或缺的一部分，它提供了一种结构化的错误处理方式。异常处理通过try、catch和throw三个关键字实现，能够将错误检测与错误处理分离，使代码更加清晰和健壮。异常处理的核心思想是：当程序检测到无法正常处理的错误时，可以抛出（throw）一个异常对象，然后由上层调用栈中的适当catch块捕获并处理。这种机制避免了传统的错误码返回方式带来的代码混乱问题。

核心技巧

RAII（资源获取即初始化）：结合异常处理，确保资源在异常发生时也能正确释放
异常安全保证：提供基本保证、强保证和不抛出保证三个层次
自定义异常类：通过继承std::exception创建特定领域的异常类型
异常规范：使用noexcept明确标记不会抛出异常的函数

应用场景

异常处理特别适用于以下场景：

构造函数中的错误处理
深层嵌套函数中的错误传播
需要资源自动管理的场合
库开发中的错误接口设计

详细代码案例分析

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <memory>
// 自定义异常类
class DatabaseException : public std::runtime_error {
public:explicit DatabaseException(const std::string& msg) : std::runtime_error("Database Error: " + msg) {}
};
class ConnectionException : public DatabaseException {
public:explicit ConnectionException(const std::string& msg) : DatabaseException("Connection failed: " + msg) {}
};
// 模拟数据库连接类
class DatabaseConnection {
private:std::string connectionString;bool connected;public:DatabaseConnection(const std::string& connStr) : connectionString(connStr), connected(false) {// 模拟连接可能失败if (connStr.empty()) {throw ConnectionException("Empty connection string");}connected = true;std::cout << "Database connected successfully\n";}~DatabaseConnection() {if (connected) {std::cout << "Database connection closed\n";connected = false;}}void executeQuery(const std::string& query) {if (!connected) {throw DatabaseException("Not connected to database");}if (query.empty()) {throw DatabaseException("Empty query");}std::cout << "Executing query: " << query << "\n";}
};
// 使用RAII管理数据库连接
class DatabaseManager {
private:std::unique_ptr<DatabaseConnection> conn;public:DatabaseManager(const std::string& connStr) {try {conn = std::make_unique<DatabaseConnection>(connStr);} catch (const ConnectionException& e) {std::cerr << "Failed to initialize database: " << e.what() << "\n";throw; // 重新抛出异常}}void runQuery(const std::string& query) noexcept(false) {try {conn->executeQuery(query);} catch (const DatabaseException& e) {std::cerr << "Query failed: " << e.what() << "\n";// 可以选择处理或重新抛出throw;}}
};
int main() {try {// 测试正常情况{DatabaseManager db("server=localhost;db=test");db.runQuery("SELECT * FROM users");}// 测试连接失败try {DatabaseManager db("");} catch (const ConnectionException& e) {std::cout << "Caught connection exception: " << e.what() << "\n";}// 测试查询失败try {DatabaseManager db("server=localhost;db=test");db.runQuery("");} catch (const DatabaseException& e) {std::cout << "Caught database exception: " << e.what() << "\n";}} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Unhandled exception: " << e.what() << "\n";return 1;}return 0;
}

代码分析（超过500字）

这个示例展示了C++异常处理的多个重要方面。首先，我们定义了两个自定义异常类：DatabaseException和ConnectionException，它们都继承自std::runtime_error。这种继承关系允许我们创建异常层次结构，使异常处理更加精确。 DatabaseConnection类展示了如何在构造函数中使用异常。如果连接字符串为空，构造函数会抛出ConnectionException。这是异常处理的一个重要应用场景，因为构造函数不能返回错误码，异常是报告构造失败的唯一方式。析构函数展示了RAII原则的应用。无论程序如何退出DatabaseConnection对象的作用域（包括通过异常），析构函数都会被调用，确保连接被正确关闭。这是异常安全编程的关键技术。 DatabaseManager类展示了如何使用std::unique_ptr管理资源，并结合异常处理。在构造函数中，我们捕获ConnectionException，记录错误信息后重新抛出异常。这种模式允许在传播异常前执行一些清理或日志记录操作。 runQuery方法展示了noexcept(false)的使用，明确表示这个函数可能抛出异常。方法内部捕获DatabaseException，记录错误后重新抛出。这种设计允许调用者决定如何处理错误。 main函数展示了完整的异常处理流程。我们有一个顶层的try-catch块捕获所有未处理的异常，确保程序不会崩溃。然后我们测试了三种情况：正常操作、连接失败和查询失败。特别值得注意的是异常的传播机制。当DatabaseConnection构造函数抛出异常时，异常会传播到DatabaseManager构造函数，然后到main函数。这种传播机制允许在适当的层级处理错误，而不需要在每个函数中检查错误码。这个示例还展示了异常安全的不同层次。DatabaseConnection的析构函数提供了基本保证（不会泄漏资源），而DatabaseManager的构造函数提供了强保证（要么完全成功，要么回滚到初始状态）。