C++ 异常处理

在计算机程序设计中，异常（Exception）是指在程序运行过程中出现的非正常事件。触发异常的原因有很多，比如硬件错误、内存不足、网络不通、输入不合法、除零操作等等。

在 C++ 中，与异常处理相关的关键字有三个：

throw：当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。
catch：在你想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常。catch 关键字用于捕获异常。
try：try 块中的代码标识将被激活的特定异常。它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

try 语句

try 语句可以将可能会产生问题的代码监测起来。try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法是使用 try 和 catch 关键字。

try/catch 语句的语法格式如下：

try
{
    // 保护代码
} catch ( ExceptionName e1 )
{
    // catch 块
} catch ( ExceptionName e2 )
{
    // catch 块
} catch ( ExceptionName eN )
{
    // catch 块
}

如果 try 块在不同的情境下会抛出不同的异常，这个时候可以尝试设置多个 catch 语句，用于捕获不同类型的异常。

抛出异常

throw 语句用来在代码块中的任何地方抛出异常。throw 语句的操作数可以是任意的表达式，表达式的结果的类型决定了抛出的异常的类型。

示例：除以零时抛出异常

double division(int a, int b)
{
    if (b == 0) {
        throw "Division by zero condition!";
    }
    return (a/b);
}

捕获异常

catch 关键字可以用来捕获异常，catch 块跟在 try 块后面，用于捕获异常。catch 括号内的异常声明可以用来指定想要捕捉的异常类型。

catch 语法格式如下：

try
{
    // 保护代码
} catch ( ExceptionName e )
{
    // 处理 ExceptionName 异常的代码
}

上面的代码会捕获一个类型为 ExceptionName 的异常。此外，catch 块可以处理 try 块抛出的任何类型的异常，方法是在异常声明的括号内使用省略号 ...。

catch 捕获所有异常的语法格式：

try
{
    // 保护代码
} catch (...)
{
    // 能处理任何异常的代码
}

示例：抛出一个除以零的异常，并在 catch 块中捕获

#include <iostream>
using namespace std;

double division(int a, int b)
{
    if (b == 0) {
        throw "除 0 异常 !";
    }
    return (a/b);
}

int main ()
{
    int x = 32;
    int y = 0;
    double z = 0;
    
    try 
    {
        z = division(x, y);
        cout << z << endl;
    }
    catch (const char* msg)
    {
        cerr << msg << endl;
    }
    
    return 0;
}

上面示例抛出了一个类型为 const char* 的异常，因此，当捕获该异常时，必须在 catch 块中使用 const char*。

执行 g++ main.cpp && ./a.out 编译运行以上示例，输出结果如下：

除 0 异常 !

标准异常

C++ 预先定义了一系列标准的异常，这些异常定义在 std 命名空间下的 <exception> 头文件中。这些异常是以父子类层次结构组织起来的，如下所示：

C++ 标准异常的层次结构

下表是对上面层次结构中出现的每个异常的说明。

异常	描述
`std::exception`	所有标准 C++ 异常的父类。
`std::bad_alloc`	可以通过 `new` 关键字抛出。
`std::bad_cast`	可以通过 `dynamic_cast` 抛出。
`std::bad_exception`	这在处理 C++ 程序中无法预期的异常时非常有用。
`std::bad_typeid`	该异常可以通过 `typeid` 抛出。
`std::logic_error`	理论上可以通过读取代码来检测到的异常。
`std::domain_error`	当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常。
`std::invalid_argument`	当使用了无效的参数时，会抛出该异常。
`std::length_error`	当创建了太长的 `std::string` 时，会抛出该异常。
`std::out_of_range`	该异常可以通过方法抛出，例如 `std::vector` 和 `std::bitset<>::operator`。
`std::runtime_error`	理论上不可以通过读取代码来检测到的异常。
`std::overflow_error`	当发生数学上溢时，会抛出该异常。
`std::range_error`	当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常。
`std::underflow_error`	当发生数学下溢时，会抛出该异常。

自定义异常

std::exception 是所有标准 C++ 异常的父类，因此我们可以通过继承和重载 std::exception 类可以定义新的异常。

一般情况下，继承 std:exception 之后需要重写 what()方法。what() 返回异常产生的原因，是异常类提供的一个公共方法，它已被所有子异常类重载。

示例：如何继承 std::exception 类来实现自己的异常

#include <iostream>
#include <exception>

struct MyException : public std::exception
{
    const char * what () const throw ()
    {
        return "My C++ Exception";
    }
};

int main()
{
    try
    {
        throw MyException();
    }
    catch (MyException& e)
    {
        std::cout << "MyException caught" << std::endl;
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
    catch(std::exception& e)
    {
        // 其他的错误
    }
    
    return 0;
}

执行 g++ main.cpp && ./a.out 编译运行以上示例，输出结果如下：

MyException caught
My C++ Exception

C++ 异常处理

try 语句​

抛出异常​

捕获异常​

标准异常​

自定义异常​

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抛出异常

捕获异常

标准异常

自定义异常