【C++】try 语句块和异常处理_c++ try

参考资料：C++ Primer 中文版（第5版）——[美] Stanley B. Lippman [美] Josée Lajoie [美] Barbara E. Moo 著 王刚 杨巨峰 译

代码编辑器：VS Code

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异常是指存在于运行时的反常行为，这些行为超出了函数正常功能的范围。处理反常行为可能是设计所有系统最难的一部分（参考Linux源代码的各部分占比，事实确实如此）。

一般异常处理的流程是这样的：

运行到检测代码 --> 检测到异常 --> 发出异常信号 --> 运行异常处理代码
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下面我们介绍异常处理机制。在C++语言中，异常处理包括：

• throw表达式，异常检测部分使用throw表达式来表示它遇到了无法处理的问题。我们称throw引发(raise)了异常。
• try语句块，异常处理部分使用try语句块处理异常。try语句块以关键字try开始，并以一个或多个**catch子句**结束。try语句块中代码抛出的异常通常会被某个
• 一套异常类，用于在throw表达式和相关的catch子句之间传递异常的具体信息。

下面分别介绍异常处理的这三个组成部分。

1. throw 表达式

程序的异常检测部分使用throw表达式引发一个异常。throw表达式包含关键字throw和紧随其后的一个表达式，其中表达式的类型就是抛出的异常类型。throw表达式后面通常紧跟一个分号，从而构成一个表达式语句。

下面给出一个简单的示例。

下面是一个简单的执行除法计算的程序：

#include <iostream>

int main(){
    int a = 2, b = 0;
    // 计算a/b
    if (b == 0) {
        std::cerr << "error: division by zero\n";
        return -1;
    } else {
        std::cout << "a / b = " << (float)a/(float)b << std::endl;
    }
    return 0;
}
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当检测到除数为0时，它会将错误信息输出到std::cerr，并return -1，退出程序。

我们可以使用throw表达式来抛出一个异常，而不是直接输出一条信息：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int main(){
    int a = 2, b = 0;
    // 计算a/b
    if(b == 0) {
        throw std::runtime_error("error: division by zero");
    } else {
        std::cout << "a / b = " << (float)a/(float)b << std::endl;
    }
    return 0;
}
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运行结果如下：

terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
  what():  error: division by zero
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2. try 语句块

try语句块的通用语法形式是：

try {
	// program-statements
} catch (<execption-declaration>) {
	// handler-statements
} catch (<execption-declaration>) {
	//handler-statements
} // ...
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跟在try块之后的是一个或多个catch子句。catch子句包括三部分：关键字catch，括号内一个（可能仍未命名）对象的声明（称为异常声明）以及一个块。当选中了某个catch子句处理异常之后，执行与之对应的块。catch一旦完成，程序跳转到try语句块最后一个catch子句之后的那条语句执行（即try语句块执行结束，接着执行后面的语句）。

try语句块中的program-statments可以有包括声明在内的任意C++语句。同一般情况一样，try语句块内声明的变量在块外部无法访问，特别是在catch子句内也无法访问。

下面具体介绍try语句块的编写方式。

（1）编写处理代码

在throw的例子中，我们用除法程序演示了throw表达式的使用，这里我们对该除法程序加以改进，并使用try语句块来处理异常。

首先是不使用throw和try的代码：

#include <iostream>

int main() {
    int a, b;
    std::cout << "This is a division program. Now you should input the value of `a` and `b`.\nThen the result `a / b` will be output." << std::endl;
    while (true) {
        std::cin >> a >> b;
        if (b == 0) {
            std::cerr << "error: division by zero\n";
            std::cout << "\nPlease try again." << std::endl;
        } else {
            std::cout << "a / b = " << (float)a/(float)b << std::endl;
            break;
        }
    }
    return 0;
}
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下面是一次运行示例：

下面我们使用throw语句和try语句块改写：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int main() {
    int a, b;
    std::cout << "This is a division program. Now you should input the value of `a` and `b`.\nThen the result `a / b` will be output." << std::endl;
    while (true) {
        std::cin >> a >> b;
        try {
            if(b == 0) {
                throw std::runtime_error("error: division by zero");
            } else {
                std::cout << "a / b = " << (float)a/(float)b << std::endl;
                break;
            }
        } catch (std::runtime_error err) {
            std::cout << err.what() << std::endl;
            std::cout << "\nPlease try again." << std::endl;
        }
    }
    return 0;
}
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下面是一次运行示例：

程序本来要执行的任务出现在try语句块中，这是因为这段代码可能会抛出一个runtime_error类型的异常。

try语句块对应一个catch子句，该子句负责处理类型为runtime_error的异常。如果try语句块的代码抛出了runtime_error异常，接下来执行catch块内的语句。在我们书写的catch子句中，先输出了err.what()的返回值，然后输出提示信息要求用户 Try again，随后try语句块执行结束，一次while循环完成，然后开始执行下一次循环。

err的类型是runtime_error，因此能推断what是runtime_error的一个成员函数。每个标准库异常类都定义了名为what的成员函数，这些函数没有参数，返回值是 C 风格字符串（即const char *）。

（2）函数在寻找处理代码的过程中退出

在复杂系统中，程序在遇到抛出异常的代码前，其执行路径可能已经经过了多个try语句块。例如，一个try语句块中可能调用了一个函数，这个函数中包含另一个try语句块的函数，新的try语句块可能又调用了一个新的函数，这个新函数中也包含一个try语句块，以此类推。

寻找处理代码的过程与函数调用链刚好相反。当异常被抛出时，首秀搜索抛出该异常的函数。如果没找到匹配的catch子句，终止该函数，并在调用该函数的函数中继续寻找。如果还是没有找到匹配的catch子句，这个新的函数也被终止，继续搜索调用它的函数。以此类推，沿着程序的执行路径逐层回退，直到找到适当类型的catch子句为止。如果最终还是没能找到任何匹配的catch子句，程序转到名为terminate的标准库函数。该函数的行为与系统有关，一般情况下，执行该函数将导致程序非正常退出。

对于那些没有任何try语句块定义的异常，也按照类似的方式处理：毕竟，没有try语句块也就意味着没有匹配的catch子句。如果一段程序没有try语句块且发生了异常，系统会调用terminate函数并终止当前程序的执行。

编写异常安全的代码非常困难

那些在异常发生期间正确执行了“清理”工作的程序被称作异常安全的代码。然而想要编写出异常安全的代码非常困难。

对于一些程序来说，当异常发生时只是简单地终止程序。此时，我们不怎么需要担心异常安全的问题。但是对于那些确实要处理异常并执行的程序，就要十分注意了。我们必须时刻清楚异常何时发生，异常发生后程序应如何确保对象有效、资源无泄漏、程序处于合理状态，等等。

3. 标准异常

C++标准库定义了一组类，用于报告标准库函数遇到的问题。这些异常类也可以在用户编写的程序中使用，它们分别定义在4个头文件中：

• exception头文件定义了最通用的异常类exception。它只报告异常的发生，不提供任何额外信息。

• stdexcept头文件定义了几种常用的异常类，详细信息如下表所示：

  异常类名称	内容描述
  exception	最常见的问题
  runtime_error	只有在运行时才能检测出的问题
  range_error	运行时错误：生成的结果超出了有意义的值域范围
  overflow_error	运行时错误：计算上溢
  underflow_error	运行时错误：计算下溢
  logic_error	程序逻辑错误
  domain_error	逻辑错误：参数对应的结果值不存在
  invalid_argument	逻辑错误：无效参数
  length_error	逻辑错误：试图创建一个超出该类型最大长度的对象
  out_of_range	逻辑错误：使用一个超出有效范围的值

• new头文件定义了bad_alloc异常类型，这种异常类型会在new表达式失败被抛出。

• type_info头文件定义了bad_cast异常类型，这种异常类型会在对引用的类型转换失败时被抛出。

标准库异常类只定义了几种运算（即运算符重载），包括创建或拷贝异常类型的对象，以及为异常类型的对象赋值。

• 对于exception、bad_alloc和bad_cast这几种类型的对象：只能以默认初始化的方式初始化对象，不允许为这些对象提供初始值。
• 对于其他异常类型的对象：应该使用string对象或者C风格字符串初始化这些类型的对象，但是不允许使用默认初始化的方式。创建此类对象时，必须提供初始值，该初始值含有错误相关的信息。

异常类型只定义了一个名为what的成员函数，前面已经提到过，该函数没有任何参数，返回值是一个指向C风格字符串的const char*。该字符串的目的是提供关于异常的一些文本信息。

对于有初始值的异常类型来说，what函数返回的内容即为字符串初始值。对于没有初始值的异常类型来说，what函数返回的内容由编译器决定。

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这部分的内容就介绍完了，更多的内容可以查阅C++手册了解。

注：本文章仅总结相比于C语言C++中的新内容，详情还请参考C++ Primer原书。

一个指向C风格字符串的const char*。该字符串的目的是提供关于异常的一些文本信息。

对于有初始值的异常类型来说，what函数返回的内容即为字符串初始值。对于没有初始值的异常类型来说，what函数返回的内容由编译器决定。

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这部分的内容就介绍完了，更多的内容可以查阅C++手册了解。

注：本文章仅总结相比于C语言C++中的新内容，详情还请参考C++ Primer原书。

父文章指路：【C++】C++ 基础——表达式和语句