C++ 异常处理
在 C++ 中，异常处理（Exception Handling）提供了一种在运行时捕获、传播和处理错误的机制，使得错误处理逻辑与正常业务逻辑分离，提高代码可读性和健壮性。其核心由三部分构成：try、throw 和 catch，并辅以一系列语言和库特性。下面分章详解。
1. 异常的抛出：throw
- 使用
throw语句抛出一个异常对象，类型可以是内建或自定义类型（但最好是继承自std::exception）。 - 推荐抛出按值：
throw MyError("message");，让异常对象在抛出时拷贝（或移动）到异常机制内部。
void readFile(const std::string& path) {
std::ifstream in(path);
if (!in) {
throw std::runtime_error("Cannot open file: " + path);
}
// ...
}
2. 异常的捕获：try / catch
- 在可能抛出异常的代码块外，用
try括起；随后跟一组catch分支，按声明顺序匹配异常类型。 - 捕获可按类型匹配，也可通过引用捕获以避免切片（object slicing）。
try {
readFile("data.txt");
} catch (const std::runtime_error& e) {
std::cerr << "运行时错误: " << e.what() << "\n";
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "其他标准异常: " << e.what() << "\n";
} catch (...) {
std::cerr << "未知异常\n";
}
catch(...)：捕获所有异常，但无法获取异常信息，只建议在最外层做兜底处理。- 捕获顺序：子类异常应放在基类之前，否则会被基类分支先捕获。
3. 异常类型设计
- 标准异常：C++ 标准库提供了一系列异常类型，均继承自
std::exception：std::runtime_error,std::logic_error及其子类std::bad_alloc,std::bad_cast,std::out_of_range等
- 自定义异常：继承自
std::exception或其子类，并重写what()提供错误信息。
class FileError : public std::runtime_error {
public:
explicit FileError(const std::string& msg)
: std::runtime_error("FileError: " + msg) {}
};
4. 异常传播与栈展开
- 当异常抛出后，控制流退出当前函数，开始 栈展开（stack unwinding）：
- 调用当前函数的所有局部对象析构函数（RAII）
- 返回到调用者，继续寻找合适的
catch
- 如果到达
main()也未被捕获，调用std::terminate()，程序通常会异常终止。
5. 资源管理与 RAII
- RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式：将资源（内存、文件句柄、锁等）封装在对象构造/析构中管理，保证在异常发生时资源自动释放。
- 智能指针（
std::unique_ptr/std::shared_ptr）和标准容器都支持 RAII，几乎免除裸指针的资源泄漏风险。
void process() {
std::unique_ptr<FILE, decltype(&fclose)> fp(fopen("data.bin","rb"), &fclose);
if (!fp) throw FileError("open failed");
// 读写文件
} // 即使抛出异常，fclose(fp.get()) 会被自动调用
6. noexcept 规范
- C++11 引入
noexcept关键字，用于标注函数 不会抛出异常。 - 优点：
- 编译器可进行更多优化（如移动而非拷贝）
- 在
noexcept函数中抛出异常会调用std::terminate()，确保行为一致。
void f() noexcept {
// 保证不抛
}
void g() noexcept(false) {
// 与不标注等价，可抛
}
- STL 容器和算法在必要移动操作上会优先选择
noexcept移动构造函数，以免在容器扩容时抛出导致资源不一致。
7. 异常安全保障等级
在编写能抛出异常的函数时，常考虑以下三种异常安全级别：
| 安全级别 | 保证 | 示例 |
|---|---|---|
| 基本保证 | 出错时不会泄漏资源，保持对象处于有效状态，可能是部分更新 | 向 std::vector push_back 失败后，不会泄漏内存，但元素可能少一个 |
| 强烈保证 | 要么成功，要么状态不变（事务性） | std::swap 通常提供强烈保证 |
| 不抛保证 | 绝不抛出异常 | 标注为 noexcept 的函数 |
设计时应努力提供至少 基本保证，在关键操作或简单辅助函数上争取 强烈保证。
8. 常见误区与注意事项
- 不要滥用异常做流程控制
异常开销高且会破坏控制流，应仅用于真正的“异常”情况，而非普通分支逻辑。 - 避免在析构函数中抛出异常
在栈展开过程中如果析构再抛异常，会导致std::terminate()。若有可能，析构中捕获并处理所有异常。 - 捕获对象时宜按常量引用
catch (const MyException& e)避免切片，并且不改变原异常对象。 - 保证基类有虚析构
对于需要通过基类指针删除的对象，基类应声明virtual ~Base().
小结
- 抛出：
throw一个符合接口的异常对象； - 捕获：用
try/catch对分支捕获不同类型的异常，并按需处理或转抛； - RAII：结合构造/析构自动管理资源，确保在异常下资源不泄漏；
noexcept：在不会抛出的函数上标注，提升性能和安全性；- 异常安全：设计时至少提供基本保证，关键操作争取强烈保证。
掌握并遵循上述原则，能让你的 C++ 异常处理既安全可靠，又不会让代码变得臃肿或难以维护。