C++ 异常处理教程（零基础版）

C++ 异常处理是一种处理程序运行时错误的机制，它允许程序在遇到错误时能够优雅地处理问题，而不是直接崩溃。以下是针对零基础学习者的异常处理教程。

1. 什么是异常？

异常是程序在执行期间发生的错误或意外情况，例如：

• 除零错误
• 访问不存在的内存地址
• 文件打开失败
• 数组越界访问

2. 异常处理的基本语法

C++ 异常处理通过三个关键字实现：try、catch 和 throw。

try {
    // 可能抛出异常的代码块
    if (出现错误条件) {
        throw 异常值; // 抛出异常
    }
}
catch (异常类型 变量名) {
    // 处理异常的代码块
    // 可以使用变量名访问异常信息
}

3. 抛出异常 (throw)

使用 throw 语句在程序中抛出异常。异常可以是任何数据类型（通常是类或结构体）。

示例：除零错误处理

#include <iostream>
using namespace std;

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        throw "Division by zero!"; // 抛出字符串类型的异常
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        double result = divide(10.0, 0.0);
        cout << "Result: " << result << endl;
    }
    catch (const char* error) {
        cout << "Error: " << error << endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Error: Division by zero!

4. 捕获异常 (catch)

使用 catch 块捕获并处理异常。catch 块必须紧跟在 try 块之后。

示例：捕获不同类型的异常

try {
    int age = -5;
    if (age < 0) {
        throw string("Age cannot be negative!"); // 抛出 string 类型异常
    }
}
catch (const char* msg) {
    cout << "C-style string exception: " << msg << endl;
}
catch (string& msg) {
    cout << "String exception: " << msg << endl; // 捕获 string 类型异常
}

5. 多重 catch 块

可以使用多个 catch 块捕获不同类型的异常，按顺序匹配。

示例：

try {
    // 可能抛出多种类型异常的代码
}
catch (int errorCode) {
    cout << "Integer error: " << errorCode << endl;
}
catch (double errorValue) {
    cout << "Double error: " << errorValue << endl;
}
catch (...) { // 捕获所有类型的异常（放最后）
    cout << "Unknown exception occurred." << endl;
}

6. 标准异常类

C++ 标准库提供了一组异常类，位于 <exception> 头文件中。

常见标准异常类：

• std::exception：所有标准异常的基类
• std::runtime_error：运行时错误
• std::logic_error：逻辑错误
• std::out_of_range：越界访问
• std::invalid_argument：无效参数

示例：使用标准异常

#include <stdexcept> // 包含标准异常头文件

int main() {
    try {
        vector<int> vec(5);
        vec.at(10) = 100; // at() 方法会抛出 out_of_range 异常
    }
    catch (const out_of_range& e) {
        cout << "Exception: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Exception: vector::_M_range_check: __n (which is 10) >= this->size() (which is 5)

7. 自定义异常类

可以通过继承 std::exception 类来创建自定义异常。

示例：

#include <stdexcept>
#include <string>

class MyException : public std::exception {
private:
    std::string message;
public:
    MyException(const std::string& msg) : message(msg) {}
    const char* what() const noexcept override {
        return message.c_str();
    }
};

// 使用自定义异常
void checkAge(int age) {
    if (age < 0) {
        throw MyException("Invalid age: Age cannot be negative.");
    }
}

8. try 块嵌套

try 块可以嵌套，内层未处理的异常会被外层 catch 捕获。

示例：

try {
    try {
        throw 42; // 抛出整数异常
    }
    catch (double e) {
        cout << "Inner catch: " << e << endl;
    }
}
catch (int e) {
    cout << "Outer catch: " << e << endl; // 捕获整数异常
}

9. 异常规范（C++11 前）

早期 C++ 允许函数声明异常规范，但 C++11 后已弃用，推荐使用 noexcept。

旧语法（不推荐）：

void func() throw(int, char); // 可能抛出 int 或 char 类型异常
void safeFunc() throw();      // 不抛出任何异常

现代语法：

void func() noexcept;         // 承诺不抛出异常

10. 最佳实践

1. 只捕获能处理的异常：不要盲目捕获所有异常。
2. 使用具体的异常类型：避免使用通用的 catch(...)。
3. 异常安全性：确保资源释放（如文件关闭、内存释放）。
4. 自定义异常：为特定错误创建有意义的异常类。
5. 避免异常泄露：析构函数和 noexcept 函数不应抛出异常。

总结

异常处理是 C++ 中处理错误的强大机制，通过 try、catch 和 throw 可以优雅地处理运行时错误，提高程序的健壮性。建议结合标准异常类和自定义异常类，根据实际需求选择合适的异常处理策略。

通过练习上述示例，你可以掌握 C++ 异常处理的基础知识。