C++ 异常处理

你好，有抱负的程序员们！今天，我们将踏上一段令人兴奋的旅程，进入C++异常处理的世界。作为你友好的邻居计算机科学老师，我将引导你了解这个重要的主题。所以，拿起你最喜欢的饮料，舒服地坐好，让我们开始吧！

什么是异常？

在我们像经验丰富的杂技演员一样抛出和捕获异常之前，让我们先了解它们是什么。在编程世界中，异常是在程序执行期间发生的意外事件。它们就像我曾经给的惊喜小测验（对此表示抱歉！）——出乎意料，有时处理起来也有些挑战。

异常会中断程序指令的正常流程。它们可能由以下各种因素引起：

1. 除以零
2. 访问数组越界
3. 内存不足
4. 尝试打开不存在的文件

现在，让我们看看C++如何允许我们优雅地管理这些意外情况。

抛出异常

抛出的基础

在C++中，我们使用throw关键字来引发一个异常。这就像在课堂上举手一样，当你有问题或问题时。以下是一个简单的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
try {
throw 20;
}
catch (int e) {
cout << "发生了一个异常。异常编号 " << e << endl;
}
return 0;
}

在这个例子中，我们抛出一个值为20的整数异常。但别担心，我们马上就会捕获它！

抛出不同类型的异常

C++很灵活，允许你抛出各种类型的异常。让我们看一个更实用的例子：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

double divide(int a, int b) {
if (b == 0) {
throw runtime_error("除以零！");
}
return static_cast<double>(a) / b;
}

int main() {
try {
cout << divide(10, 2) << endl;  // 这将正常工作
cout << divide(10, 0) << endl;  // 这将抛出异常
}
catch (const runtime_error& e) {
cout << "捕获到异常: " << e.what() << endl;
}
return 0;
}

在这个例子中，当有人尝试除以零时，我们抛出一个runtime_error异常。这就像在我们的数学社区中竖起一个“禁止除以零”的标志！

捕获异常

捕获的基础

现在我们知道如何抛出异常，接下来学习如何捕获它们。捕获异常就像是一个负责任的宠物主人——你需要准备好处理代码抛给你的任何东西！

我们使用try-catch块来捕获异常。try块包含可能抛出异常的代码，而catch块在异常发生时处理它。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
try {
int age = -5;
if (age < 0) {
throw "年龄不能为负！";
}
cout << "年龄是: " << age << endl;
}
catch (const char* msg) {
cerr << "错误: " << msg << endl;
}
return 0;
}

在这个例子中，我们检查年龄是否为负。如果是，我们抛出一个带有自定义错误消息的异常。

捕获多个异常

有时，同一块代码可能会抛出不同类型的异常。在这种情况下，我们可以有多个catch块：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
try {
int choice;
cout << "输入1表示整数异常，2表示运行时错误: ";
cin >> choice;

if (choice == 1) {
throw 42;
} else if (choice == 2) {
throw runtime_error("出现了一个野生的运行时错误！");
} else {
throw "未知的选择！";
}
}
catch (int e) {
cout << "捕获到整数异常: " << e << endl;
}
catch (const runtime_error& e) {
cout << "捕获到运行时错误: " << e.what() << endl;
}
catch (...) {
cout << "捕获到一个未知的异常！" << endl;
}
return 0;
}

这个例子展示了我们如何捕获不同类型的异常。catch (...)块是一个捕获所有异常的块，它会处理之前catch块没有捕获的任何异常。它就像是一个安全网，可以捕获所有意外的惊喜！

C++标准异常

C++附带了一套标准异常，你可以在程序中使用。这些就像是异常世界中的瑞士军刀——多功能且随时待命！

以下是一些常用的标准异常表：

异常	描述
std::runtime_error	运行时逻辑错误
std::logic_error	逻辑错误
std::out_of_range	超出范围访问
std::overflow_error	算术溢出
std::bad_alloc	内存分配失败

让我们看一个使用标准异常的例子：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
try {
cout << numbers.at(10) << endl;  // 这将抛出一个out_of_range异常
}
catch (const out_of_range& e) {
cerr << "范围错误: " << e.what() << endl;
}
return 0;
}

在这个例子中，我们尝试访问向量中超出范围的元素。当这种情况发生时，at()函数会抛出一个out_of_range异常。

定义新异常

虽然标准异常很好，但有时你需要更符合你特定需求的东西。这时自定义异常就派上用场了！

以下是如何定义你自己的异常类：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;

class NegativeValueException : public exception {
public:
const char* what() const throw() {
return "不允许负值！";
}
};

double squareRoot(double x) {
if (x < 0) {
throw NegativeValueException();
}
return sqrt(x);
}

int main() {
try {
cout << squareRoot(25) << endl;  // 这将正常工作
cout << squareRoot(-5) << endl;  // 这将抛出我们的自定义异常
}
catch (const NegativeValueException& e) {
cerr << "错误: " << e.what() << endl;
}
return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个自定义的NegativeValueException类。我们在squareRoot函数中使用它来抛出一个异常，当有人尝试计算负数的平方根时。

好了，各位！我们已经涵盖了C++异常处理的基础知识。请记住，异常是你的朋友。它们帮助你编写更健壮、更抗错误的代码。继续练习，很快你就能像专业人士一样处理异常了！

编程愉快，愿你的异常总能被捕获！

Credits: Image by storyset