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【c++】异常处理

news 2025/7/3 15:02:53

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🌟🌟所属专栏：C++

前言

一、什么是异常

二、异常的使用

三、catch语句匹配的特例

四、异常的重新抛出

五、异常安全问题

六、异常规范

七、标准库异常体系

总结

前言

在C++项目开发中，异常处理（Exception Handling）是确保程序稳定性和可靠性的重要机制。无论是文件读取失败、内存分配错误，还是网络请求超时，程序运行过程中总会遇到各种意外情况。如果没有合理的异常处理，程序可能会崩溃，导致数据丢失或系统故障，严重影响用户体验。通过C++的异常处理机制，开发者可以在错误发生时优雅地捕获并处理异常，避免程序意外终止，同时提供必要的错误信息以便调试和优化。本篇文章，作者将介绍C++的异常处理基础、常见用法及最佳实践，帮助大家构建更健壮的C++应用程序。

一、什么是异常

当程序在运行过程中出现问题，没有达到理想效果时，异常可以帮助我们对这些问题进行通信并做出相应的处理，将问题的检测与解决问题的过程分离开，更好地应对大型项目可能出现的各种情况。

相比于C语言处理错误的方式--返回错误码，我们在c++中，遇到异常时可以抛出一个对象，该对象所携带的错误信息可以更加全面。

二、异常的使用

当程序没有达到我们想要的效果时，我们可以使用throw抛出一个对象来引发一个异常，该对象的类型决定了异常捕获的位置。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

void func()
{
	try
	{
		int x = 0;
		cout << "input x:";
		cin >> x;
		if (x == 0)//假设x为0视为出现异常
		{
			throw "输入错误";
		}
		cout << "正常" << endl;
	}
	catch (const char* s)
	{
		cout << s << endl;
	}
}

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

运行结果：

当我们使用throw抛出异常时，程序会检查throw语句是否在try语句块中，如果在，则去寻找对应的catch语句（参数与对象类型相同），然后停止执行throw后的语句，转而执行catch语句块中的语句，然后执行后续代码。

注：如果throw语句未使用在try语句块中，程序会遇到“未捕获异常”，导致程序终止。

如果当前catch语句的参数与抛出的对象类型不匹配呢？

来看以下代码：

#include <iostream>
using namespace std;

void func3()
{
	try
	{
		int x = 0;
		if (x == 0)
		{
			throw x;
		}
	}
	catch (float a)
	{
		cout << "func3" << endl;
	}
}

void func2()
{
	try
	{
		func3();
	}
	catch (int x)
	{
		cout << "func2" << endl;
	}
}

void func1()
{
	try
	{
		func2();
	}
	catch (int x)
	{
		cout << "func1" << endl;
	}
}

int main()
{
	try
	{
		func1();
	}
	catch (char c)
	{
		cout << "main" << endl;
	}
	return 0;
}

上述代码中，main函数调用func1函数，func1函数调用func2函数，func2函数调用func3函数。func3抛出一个类型为int的异常，很明显，与catch的float类型不匹配。此时程序会沿着整个调用链依次查找catch，直到找到匹配的类型，再执行相应catch语句。

我们看下运行结果：

可以看到，func2捕获了异常。这里虽然func1的catch语句的参数也为int，但是程序沿着调用链查找时，还没有查找到fun1的位置。所以被执行的catch语句块是在调用链中与抛出对象匹配且距离最近的那一个。程序沿着调用链进行查找的过程称之为栈展开。

那么如果调用链中所有的catch参数类型都与抛出对象不匹配呢？那么程序会调用标准库中的terminate函数，进而终止程序。但在大型项目中，不发生严重错误的情况下，我们不希望程序终止，所以一般会在main函数中写一个最终捕获（catch(...)），它可以捕获任意类型的异常。

int main()
{
	try
	{
		func1();
	}
	catch (...)//最终捕获
	{
		//...
	}
}

注意：如果throw匹配到了调用链中其他函数的catch语句，那么沿着该调用链中没有匹配到的函数，其栈帧都将销毁：

由于本函数内catch匹配失败会导致栈帧销毁，所以throw抛出的对象其实是一份拷贝，该拷贝对象会在匹配成功的catch语句块结束之后销毁。（类似于函数传值返回）

三、catch语句匹配的特例

除了要求类型相同之外，catch在一些其他情况也允许参数匹配，例如：

普通对象--被const对象捕获
数组--被数组元素类型的指针捕获
函数--被指向同类型函数的指针捕获
派生类--被基类捕获（非常实用）

四、异常的重新抛出

有些时候的异常在抛出之后，需要进行一些矫正，再交给调用链中其他函数的catch去处理。这时我们就可以在本函数当中先捕获该异常，待处理完成之后，再次抛出该异常。

示例代码：

void func()
{
	try
	{
		int x = 0;

		//...

		throw x;//抛出异常
	}
	catch (const char* s)
	{
		//进行一些操作之后再次抛出该异常，交给其他catch捕获处理
		throw;
	}
}

五、异常安全问题

有时我们动态申请了某些资源，但可能因为抛出异常，未执行后续资源清理的代码而导致内存泄漏、死锁或文件未关闭的问题。此时可以在本函数中使用最终捕获，先接收任意类型异常，处理资源清理问题，最后重新抛出该异常。

对于更复杂的情况：如申请多个资源，其中因一个资源抛出异常，但最终捕获又释放了所有资源；另一个资源抛出异常，最终捕获又进行多次释放等等。这时考虑使用智能指针（博主会在后续文章中介绍）。

六、异常规范

实际开发中，预先知道某个函数是否会抛出异常很有好处，方便处理。我们在函数参数列表之后加入C++11关键字noexcept，表示该函数不会抛出异常。如果函数抛出了异常，会导致程序终止。

注意：并不会在编译时检查noexcept函数是否带有throw语句，而是在程序运行时按照是否真的抛出了异常来进行判断。

noexcept(expression)也可以检查一个表达式（或函数，传入函数地址）是否可能抛出异常，如果可能，返回false，否则返回true。

七、标准库异常体系

c++标准库定义了一套自己的异常体系库，包含在头文件<exception>中。

标准异常体系库查阅：exception - C++ Reference

我们需要使用它时，用基类exception捕获异常，然后调用what()函数打印错误信息即可。

示例代码：

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

int main()
{
	try
	{
		int x = 0;
		cin >> x;
		if (x == 0)
		{
			throw exception("输入错误");
		}
		cout << "正常" << endl;
	}
	catch (exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

运行结果：

总结

本篇文章，我们主要学习了异常的使用方法及其处理机制。相比c语言错误码的方式，c++的异常可以更加全面地处理程序出现的问题。但异常也有些缺点，例如造成程序执行混乱，内存泄漏等等。之后博主会和大家介绍c++的智能指针，它可以解决异常容易造成内存泄漏的问题。如果你觉得博主讲的还不错，就请留下一个小小的赞在走哦，感谢大家的支持❤❤❤

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