C++ 框架内置了哪些异常处理机制？

引言

C++ 是一种功能强大且广泛使用的编程语言，因其高效性和灵活性，被用于众多复杂的软件项目中。然而，随着程序复杂度的增加，意外和错误成为不可避免的问题。为了更好地处理这些问题，C++ 提供了内置的异常处理机制，帮助开发者更有条理地捕捉和处理运行时错误。本文将详细介绍 C++ 框架内置的异常处理机制，并探讨它们在实际编程中的应用。

C++ 异常处理的基础

try, catch 和 throw

C++ 使用 try, catch 和 throw 关键字来实现异常处理。基本原理是，当程序执行过程中发生错误时，通过 throw 关键字抛出一个异常对象，并在适当的位置捕获该异常，从而进行相应的处理。

#include <iostream>
#include <stdexcept>
void mightGoWrong() {
    bool error1 = true;
    bool error2 = false;
    if(error1) {
        throw std::runtime_error("Something went wrong");
    }
    if(error2) {
        throw std::exception();
    }
}
int main() {
    try {
        mightGoWrong();
    } catch (std::runtime_error &e) {
        std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        std::cout << "Caught unknown exception." << std::endl;
    }
    return 0;
}

标准异常类

C++ 标准库中定义了一系列标准异常类，这些类都继承自 std::exception。常见的标准异常类包括 std::runtime_error, std::logic_error, std::out_of_range 等。这些异常类不仅提供了基本的错误信息，还可以被进一步继承和扩展，以满足具体应用的需求。

自定义异常类

除了使用标准库提供的异常类，开发者还可以定义自己的异常类，以更好地描述和捕捉特定的错误类型。自定义异常类通常继承自 std::exception 或其子类，并重写 what() 方法来提供详细的错误描述。

#include <iostream>
#include <exception>
class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "My custom exception";
    }
};
void test() {
    throw MyException();
}
int main() {
    try {
        test();
    } catch (MyException &e) {
        std::cout << "Caught custom exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

异常的传播和 rethrowing

在 C++ 中，一个异常可以在它被捕获的地方重新抛出，以便在更高层次上进行处理。这种机制在需要在捕获异常后做一些清理工作，然后再将异常传递给调用者时特别有用。

#include <iostream>
#include <stdexcept>
void func2() {
    try {
        throw std::runtime_error("Error in func2");
    } catch (...) {
        std::cout << "Handling error in func2, rethrowing..." << std::endl;
        throw; // rethrow the caught exception
    }
}
void func1() {
    try {
        func2();
    } catch (std::runtime_error &e) {
        std::cout << "Caught in func1: " << e.what() << std::endl;
    }
}
int main() {
    try {
        func1();
    } catch (...) {
        std::cout << "Caught in main." << std::endl;
    }
    return 0;
}

函数异常说明（Exception Specifications）

在早期的 C++ 标准中，函数可以使用异常说明来标明它们可能抛出的异常类型。不过，这种机制在 C++11 中被废弃，取而代之的是 noexcept 说明符，它明确表示函数是否会抛出异常。

#include <iostream>
void noThrowFunc() noexcept {
    std::cout << "This function is declared as noexcept." << std::endl;
}
int main() {
    try {
        noThrowFunc();
    } catch (...) {
        std::cout << "This will never be printed." << std::endl;
    }
    return 0;
}

总结

C++ 框架内置的异常处理机制，通过 try, catch, throw 关键字和标准异常类，为开发者提供了强大且灵活的工具来处理运行时错误。除了标准库中的异常类，开发者还可以定义自定义异常类，以更精细地控制错误处理流程。通过 rethrowing 异常和使用 noexcept 说明符，C++ 进一步增强了程序的健壮性和可读性。熟练使用这些机制，可以帮助开发者编写出更安全和稳定的代码。