C++ | C++异常处理
C++ 异常处理
异常是程序在执行期间产生的问题。C++ 异常是指在程序运行时发生的特殊情况，比如尝试除以零的操作。
异常提供了一种转移程序控制权的方式。C++ 异常处理涉及到三个关键字：try、catch、throw。
- 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: 在您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。
如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。
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。使用 try/catch 语句的语法如下所示：
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，这个时候可以尝试罗列多个 catch 语句，用于捕获不同类型的异常。
抛出异常
您可以使用 throw 语句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。
实例1：
/*******************************************************************
* > File Name: throw.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 9:08:11
******************************************************************/
#include <iostream>
using namespace std;
double division(int a, int b)
{
if (b == 0) /* 尝试除以零时抛出异常 */
{
throw "Division by zero condition!";
return (-1);
}
return (a/b);
}
int main(void)
{
division(8, 0);
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o throw throw.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\throw.exe
terminate called after throwing an instance of 'char const*'
0 [main] throw 1869 cygwin_exception::open_stackdumpfile: Dumping stack trace to throw.exe.stackdump
捕获异常
catch 块跟在 try 块后面，用于捕获异常。
您可以指定想要捕捉的异常类型，这是由 catch 关键字后的括号内的异常声明决定的。
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。
如果想让 catch 块能够处理 try 块抛出的任何类型的异常，则必须在异常声明的括号内使用省略号 …，如下所示：
try
{
// 保护代码
}catch(...)
{
// 能处理任何异常的代码
}
实例2：
/*******************************************************************
* > File Name: try-catch.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 9:24:33
******************************************************************/
#include <iostream>
using namespace std;
double division(int a, int b)
{
if (b == 0)
{
throw "Division by zero condition!";
return (-1);
}
return (a/b);
}
int main(void)
{
int x = 50;
int y = 0;
double d = 0.0;
try
{
d = division(x, y);
cout << "d = " << d << endl;
}
catch(const char *msg)
{
cerr << msg << endl;
}
return 0;
}
编译、运行：
## 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*。
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o try-catch try-catch.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\try-catch.exe
Division by zero condition!
C++ 标准的异常
下表是对上面层次结构中出现的每个异常的说明：
定义新的异常
可以通过继承和重载 exception 类来定义新的异常。
实例2：
/*******************************************************************
* > File Name: classException.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 18:56:53
******************************************************************/
#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
struct MyException : public exception
{
// what() 是异常类提供的一个公共方法，它已被所有子异常类重载。
// 这将返回异常产生的原因。
const char * what() const throw()
{
return "C++ Exception";
}
};
int main(void)
{
try
{
throw MyException();
}
catch(MyException& e)
{
std::cout << "MyException caught" << std::endl;
std::cout << e.what() << std::endl;
}
catch(const std::exception& e)
{
std::cerr << e.what() << '\n';
}
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o classException classException.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\classException.exe
MyException caught
C++ Exception
实例3：
/*******************************************************************
* > File Name: classException1.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 19:14:54
******************************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include <exception>
using namespace std;
int main(void)
{
string str = "http://c.biancheng.net";
try
{
char ch1 = str[100];
cout << ch1 << endl;
}
catch(const std::exception& e)
{
std::cerr << e.what() << '\n';
std::cout << "[1]out of bound!" << endl;
}
try
{
char ch2 = str.at(100);
cout << ch2 << endl;
}
catch(const std::exception& e)
{
std::cerr << e.what() << '\n';
std::cout << "[2]out of bound!" << endl;
}
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o classException1 classException1.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\classException1.exe
basic_string::at: __n (which is 100) >= this->size() (which is 22)
[2]out of bound!
可以看出，第一个 try 没有捕获到异常，输出了一个没有意义的字符（垃圾值）。因为[ ]不会检查下标越界，不会抛出异常，所以即使有错误，try 也检测不到。换句话说，发生异常时必须将异常明确地抛出，try 才能检测到；如果不抛出来，即使有异常 try 也检测不到。所谓抛出异常，就是明确地告诉程序发生了什么错误。
第二个 try 检测到了异常，并交给 catch 处理，执行 catch 中的语句。需要说明的是，异常一旦抛出，会立刻被 try 检测到，并且不会再执行异常点（异常发生位置）后面的语句。本例中抛出异常的位置是 at() 函数，它后面的 cout 语句就不会再被执行，所以看不到它的输出。
说得直接一点，检测到异常后程序的执行流会发生跳转，从异常点跳转到 catch 所在的位置，位于异常点之后的、并且在当前 try 块内的语句就都不会再执行了；即使 catch 语句成功地处理了错误，程序的执行流也不会再回退到异常点，所以这些语句永远都没有执行的机会了。
执行完 catch 块所包含的代码后，程序会继续执行 catch 块后面的代码，就恢复了正常的执行流。
异常的处理流程：
抛出（Throw）--> 检测（Try） --> 捕获（Catch）
实例4：
/*******************************************************************
* > File Name: classExceptionFunc.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 19:26:53
******************************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include <exception>
using namespace std;
void func(){
/* try 块中调用的某个函数中发生了异常 */
throw "Unkown Exception";
cout << "[1] This statement will not be executed." << endl;
}
int main(void)
{
try
{
func();
cout << "[2] This statement will not be executed." << endl;
}
catch(const char* &e)
{
std::cerr << e << '\n';
cout << "[3] This statement will be executed." << endl;
}
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o classExceptionFunc classExceptionFunc.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\classExceptionFunc.exe
Unkown Exception
[3] This statement will be executed.
实例5：
/*******************************************************************
* > File Name: classExceptionFunc1.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 19:34:17
******************************************************************/
#include <iostream>
#include <string>
#include <exception>
using namespace std;
/*
try 块中调用了某个函数，该函数又调用了另外的一个函数，这个另外的函数抛出了异常：
*/
void func_inner()
{
throw "Unkown Exception";
cout << "[1]This statement will not be executed." << endl;
}
void func_outer()
{
func_inner();
cout << "[2]This statement will not be executed." << endl;
}
int main(void)
{
try
{
func_outer();
cout << "[3]This statement will not be executed." <<endl;
}
catch(const char* &e)
{
std::cerr << e << '\n';
cout << "[4]This statement will be executed." << endl;
}
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o classExceptionFunc1 classExceptionFunc1.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\classExceptionFunc1.exe
Unkown Exception
[4]This statement will be executed.
catch 在匹配过程中的类型转换
C/C++ 中存在多种多样的类型转换，以普通函数（非模板函数）为例，发生函数调用时，如果实参和形参的类型不是严格匹配，那么会将实参的类型进行适当的转换，以适应形参的类型，这些转换包括：
- 算数转换：例如 int 转换为 float，char 转换为 int，double 转换为 int 等。
- 向上转型：也就是派生类向基类的转换，请猛击《C++向上转型（将派生类赋值给基类）》了解详情。
- const 转换：也即将非 const 类型转换为 const 类型，例如将 char * 转换为 const char *。
- 数组或函数指针转换：如果函数形参不是引用类型，那么数组名会转换为数组指针，函数名也会转换为函数指针。
- 用户自定的类型转换。
catch 在匹配异常类型的过程中，也会进行类型转换，但是这种转换受到了更多的限制，仅能进行「向上转型」、「const 转换」和「数组或函数指针转换」，其他的都不能应用于 catch。
实例6：
/*******************************************************************
* > File Name: classExceptionConst.cpp
* > Create Time: 2021年09月13日 19:46:04
******************************************************************/
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int nums[] = {1, 2, 3};
try
{
throw nums;
cout << "This statement will not be executed." << endl;
}
catch(const int* &e) /* 引用是为了提高效率。如果不使用引用，就要经历一次对象拷贝（要调用拷贝构造函数）的过程。 */
{
std::cerr << "Exception type: const int * " << e << '\n';
}
return 0;
}
编译、运行：
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> make
g++ -o classExceptionConst classExceptionConst.cpp -g -Wall
PS E:\fly-prj\cplusplus\day11> .\classExceptionConst.exe
Exception type: const int * 0xffffcbd4
nums 本来的类型是int [3]，但是 catch 中没有严格匹配的类型，所以先转换为int *，再转换为const int *。
数组也是一种类型，数组并不等价于指针，这点已在《数组和指针绝不等价，数组是另外一种类型》和《数组到底在什么时候会转换为指针》中进行了详细讲解。
C++ throw（抛出异常）详解
C++ exception类：C++标准异常的基类
exception 类位于 头文件中，它被声明为：
class exception{
public:
exception () throw(); //构造函数
exception (const exception&) throw(); //拷贝构造函数
exception& operator= (const exception&) throw(); //运算符重载
virtual ~exception() throw(); //虚析构函数
virtual const char* what() const throw(); //虚函数
}