C++——異常處理模塊筆記

　　異常處理是C++中的重要概念之一，用於處理在程序執行過程中可能發生的錯誤或異常情況。異常是指在程序執行過程中發生的一些不尋常的事件，例如除零錯誤、訪問無效內存等。C++提供了一套異常處理機制，使得程序可以優雅地處理這些異常，提高程序的可靠性和健壯性。

　　異常是一種程序控制機制，與函數機制互補。異常處理是一種用於在程序執行過程中處理錯誤的方法，使得程序能夠更加健壯和容錯。在 C++ 中，try、catch 和 throw 是用於處理異常的關鍵字和機制。下面學習一下。

1. try、catch和throw

1.1 try模塊

　　try： try 關鍵字用於包圍可能會拋出異常的代碼塊。在 try 塊中的代碼是被監視的，如果在執行這段代碼時發生異常，程序會跳到 catch 塊進行異常處理。

　　首先，我們需要在可能引發異常的代碼塊前使用try關鍵字，將這部分代碼封裝在一個特殊的塊中。

　　代碼如下：

try {
    // 可能引發異常的代碼
    // ...
} catch (ExceptionType1 e1) {
    // 處理 ExceptionType1 類型的異常
} catch (ExceptionType2 e2) {
    // 處理 ExceptionType2 類型的異常
} catch (...) {
    // 處理其他類型的異常
}

1.2 catch模塊

　　catch： catch 關鍵字用於定義異常處理塊，它跟隨在 try 塊之後。如果在 try 塊中的代碼引發了異常，控制流會跳轉到匹配異常類型的 catch 塊。catch 塊中的代碼用於處理異常。

　　比如下面代碼catch處理異常：

try {
    // 可能引發異常的代碼
    // ...
} catch (MyException e) {
    // 處理 MyException 類型的異常
    std::cerr << "Caught an exception: " << e.what() << std::endl;
} catch (...) {
    // 處理其他類型的異常
    std::cerr << "Caught an unknown exception" << std::endl;
}

1.3 throw語句

　　throw： throw 關鍵字用於在程序的任何地方拋出異常。當某個條件觸發異常時，可以使用 throw 語句來引發異常。通常，throw 語句位於 try 塊內。

　　當在try塊中發現異常情況時，可以使用throw語句拋出一個異常。異常通常是一個對象，可以是任何類型，但通常是派生自std::exception類的對象。

if (/* 發現異常情況 */) {
    throw MyException("發現異常情況");
}

　　通過結合使用 try、catch 和 throw，可以實現在程序中有效地處理和傳遞異常，使得程序能夠更好地應對各種錯誤情況。所以說異常處理是 C++ 中一種重要的錯誤管理機制。

2. 標準異常類 ——std::exception類

　　C++標準庫提供了一些常用的異常類，它們都是從std::exception類派生而來。標準程序庫拋出的所有異常，都派生於該基類。而基類 Exception 定義了一個成員函數虛函數 what()，它返回一個 C 風格的字符串（const char*），用於描述異常的信息。在實際的異常類中，程序員通常需要重寫 what() 函數，以提供有關異常的更具體信息。

　　在Exception類中，what() 函數的聲明如下：

virtual const char* what() const throw();

　　該函數可以在派生類中重定義。

　　runtime_error 和 logic_error 是一些具體的異常類的基類，他們分別表示兩大類異常。logic_error表示那些可以在程序中被預先檢測到的異常，也就是說如果小心地編寫程序，這類異常能夠避免；而runtime_error則表示那些難以被預先檢測的異常。

　　一些編程語言規定只能拋擲某個類的派生類（例如Java中允許拋擲的類必須派生自Exception類），C++中雖然沒有這項強制的要求，但仍然可以這樣實踐。例如，在程序中可以使得所有拋出的異常皆派生自Exception，這樣會帶來很多方便。

　　logic_error 和 runtime_error 兩個類及其派生類，都有一個接收 const string &型參數的構造函數。在構造異常對象時需要將具體的錯誤信息傳遞給該函數，如果調用該對象的what函數，就可以得到構造時提供的錯誤信息。

2.1 Exception的示例

　　以下是 std::exception 的基本結構（注意：std::exception 異常是所有標準 C++ 異常的父類。）：

#include <stdexcept>

class exception {
public:
    exception() noexcept;
    exception(const exception&) noexcept;
    exception& operator=(const exception&) noexcept;
    virtual ~exception() noexcept;
    virtual const char* what() const noexcept;
};

　　其中：

構造函數 exception() noexcept：默認構造函數。
複製構造函數 exception(const exception&) noexcept 和賦值運算符 operator=：這兩個函數用於異常對象的複製。
虛析構函數 virtual ~exception() noexcept：允許通過基類指針正確銷燬派生類對象。
虛函數 virtual const char* what() const noexcept：返回描述異常的字符串，通常由派生類重寫以提供更詳細的信息。

　　以下是一個簡單的例子，演示如何自定義一個派生自 std::exception 的異常類：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "My custom exception occurred";
    }
};

int main() {
    try {
        throw MyException();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught an exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

　　在這個例子中，MyException 類繼承自 std::exception，並重寫了 what() 函數，以提供自定義的異常描述信息。在 catch 塊中，可以通過基類引用捕獲 MyException 類型的異常，而 what() 函數確保返回正確的描述信息。

2.2 其他異常類

　　除了 std::exception，C++ 標準庫還提供了一些其他常用的異常類，這些類都是直接或間接派生自 std::exception。以下是其中的一些：

　　std::runtime_error 是 C++ 標準庫中提供的一種異常類，它是 std::exception 類的派生類。std::runtime_error 表示一種運行時錯誤，通常用於在程序執行期間發生的、無法在編譯期檢測到的異常情況。這個類的構造函數接受一個字符串參數，用於描述異常的具體信息。

　　以下是一些其他與錯誤相關的標準異常類：

　　std::logic_error：表示邏輯錯誤，通常是由於程序的編程錯誤引起的，比如在不滿足先決條件的情況下調用函數。

throw std::logic_error("Logic error occurred");

　　std::domain_error：表示域錯誤，通常是由於參數的值域錯誤引起的。

throw std::domain_error("Domain error occurred");

　　std::invalid_argument：表示無效的參數，通常是由於函數參數的值無效引起的。

throw std::invalid_argument("Invalid argument");

　　std::length_error：表示長度錯誤，通常是由於對象長度超過其所允許的最大值引起的。

throw std::length_error("Length error occurred");

　　std::out_of_range：表示超出範圍錯誤，通常是由於訪問超出有效範圍的對象元素引起的。

throw std::out_of_range("Out of range error");

　　這些異常類提供了不同的語義和用途，可以根據具體情況選擇合適的異常類來表示異常。當然，你也可以自定義異常類，派生自 std::exception，以便更好地適應你的程序需求。在實際應用中，根據異常的具體性質選擇合適的異常類有助於更準確地捕獲和處理異常情況。

2.3 自定義異常

　　在自定義異常類時，通常建議繼承自std::exception，並重寫what()函數，以提供異常的描述信息。

#include <iostream>
#include <exception>

class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "MyException occurred";
    }
};

int main() {
    try {
        if (/* 某種異常情況 */) {
            throw MyException();
        }
    } catch (std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught an exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

　　您可以通過繼承和重載 exception 類來定義新的異常。下面的實例演示瞭如何使用 std::exception 類來實現自己的異常：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
 
struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "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)
  {
    //其他的錯誤
  }
}

　　這將產生下面結果：

MyException caught
C++ Exception

　　在這裏，what() 是異常類提供的一個公共方法，它已被所有子異常類重載。這將返回異常產生的原因。

3. 在實際項目中的應用

3.1 異常處理的實踐注意事項

3.1.1 不要濫用異常

　　異常處理應該用於處理真正意外的錯誤，而不是用於控制程序流程。濫用異常會導致代碼難以理解和維護。

3.1.2 避免在構造函數和析構函數中拋出異常

　　在構造函數和析構函數中拋出異常可能導致資源泄漏或不一致的對象狀態，因此應該儘量避免這樣做。

3.1.3 使用RAII原則

　　資源獲取即初始化（RAII）原則是一種通過對象生命週期來管理資源的方法，可以有效減輕異常處理的負擔。

3.2 文件讀取異常處理

　　在實際項目中，異常處理常常用於處理文件操作、網絡通信、數據庫訪問等可能出現異常情況的模塊。通過合理使用異常處理，可以提高程序的穩定性，減少因異常導致的不可預知問題。

#include <iostream>
#include <fstream>

int main() {
    try {
        std::ifstream file("example.txt");
        if (!file.is_open()) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }

        // 讀取文件內容並進行處理
        // ...

    } catch (std::exception& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

　　以上是一個簡單的文件讀取例子，通過異常處理來處理文件打開失敗的情況，以保證程序在異常情況下也能夠有合適的應對措施。

3.3 拋出異常並捕獲示例

　　您可以使用 throw 語句在代碼塊中的任何地方拋出異常。throw 語句的操作數可以是任意的表達式，表達式的結果的類型決定了拋出的異常的類型。

　　以下是嘗試除以零時拋出異常的實例：

#include <iostream>
using namespace std;
 
double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}
 
int main ()
{
   int x = 50;
   int y = 0;
   double z = 0;
 
   try {
     z = division(x, y);
     cout << z << endl;
   }catch (const char* msg) {
     cerr << msg << endl;
   }
 
   return 0;
}

　　由於我們拋出了一個類型爲 const char* 的異常，因此，當捕獲該異常時，我們必須在 catch 塊中使用 const char*。當上面的代碼被編譯和執行時，它會產生下列結果：

Division by zero condition!

　　異常處理是C++編程中重要的技能之一，它能夠提高程序的可靠性和健壯性。通過理解try、catch和throw的使用，以及合理選擇和設計異常類，你可以更好地應對程序中可能出現的各種異常情況。在實際項目中，巧妙地運用異常處理，能夠讓你的代碼更加清晰、可維護，提高整體代碼質量。

C++——異常處理模塊筆記

1. try、catch和throw

1.1 try模塊

1.2 catch模塊

1.3 throw語句

2. 標準異常類 ——std::exception類

2.1 Exception的示例

2.2 其他異常類

2.3 自定義異常

3. 在實際項目中的應用

3.1 異常處理的實踐注意事項

3.1.1 不要濫用異常

3.1.2 避免在構造函數和析構函數中拋出異常

3.1.3 使用RAII原則

3.2 文件讀取異常處理

3.3 拋出異常並捕獲示例

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