學習C++異常處理來增強程序的健壯性

C++異常處理是一種增加程序健壯性的機制，可以幫助開發人員處理程序運行時遇到的錯誤或異常情況。在C++中，異常是一種特殊的程序行為，它表示程序遇到了無法處理的情況或錯誤，因此需要採取一些措施來保證程序的正確性和穩定性。

一、什麼是C++異常處理

C++異常處理是一種可以使程序在運行過程中檢測並響應錯誤信息的機制。它允許程序在運行時拋出異常，即當程序發生錯誤時，會逐級向上拋出異常，直到遇到一個處理異常的代碼塊為止。

在C++中，異常是作為一種特殊對象來實現的，一個拋出了異常的函數將會創建一個異常對象，並將其傳遞給調用棧中的上一個函數。如果調用棧中的某個函數能夠處理這個異常，它可以選擇立即停止所有的函數並返回一個值，或者繼續執行處理程序，並且沿着調用棧執行完整的清理流程。

//Code 1：簡單的異常處理
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    try{
        int a = 0, b = 0, c = 0;
        cout<<"Enter two numbers to divide:\n";
        cin>>a>>b;
        if(b == 0) throw"Division by zero condition!";
        c = a / b;
        cout<<"Result: "<<c<<endl;
    }
    catch(const char* msg){
        cerr<<msg<<endl;
    }
    return 0;
}

Code 1演示了一個簡單的異常處理示例，如果用戶輸入除數為0，則拋出一個字符串異常。try語句塊用來標記要捕獲異常的代碼塊，而catch語句塊用來處理異常。異常處理過程使得程序得以在異常出現時進行故障恢復和錯誤提示，增強程序的健壯性。

二、C++代碼中的異常處理方式

異常處理方式在C++中有兩種，分別是基於類型的異常和無類型異常處理機制。無論採用哪種方式，異常處理的目的都是為了讓程序在遇到問題時，更具有容錯性，避免突然崩潰。

1. 基於類型的異常處理

基於類型的異常處理是C++語言中引入的一種異常處理方式，在異常被拋出的同時，也會帶上一個類型標識，用於確定異常的性質。C++中所有的標準異常都繼承自std :: exception類，這可以幫助程序員了解異常的源，並採取適當的行動。

//Code 2：基於類型的異常處理
#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
class MyException: public exception{
    public:
        const char * what() const noexcept{
            return "My Exception";
        }
};
int main()
{
    try{
        throw MyException();
    }
    catch(MyException& e){
        cout<<e.what()<<endl;
    }
    catch(exception& e){
        cout<<e.what()<<endl;
    }
    return 0;
}

Code 2演示了一個簡單的基於類型的異常處理示例，自定義了一個異常類型MyException並且繼承自std :: exception類。catch語句塊作為異常處理器，在MyException類型匹配失敗時，將由最後一個catch語句塊處理。

2. 無類型異常處理機制

無類型異常處理機制也稱為C++的老式異常機制，在發生異常時不會帶上類型標識，因此處理器只能通過調用catch（）函數進行捕獲和處理。

//Code 3：無類型異常處理機制
#include <iostream>
#include <setjmp.h>
using namespace std;
jmp_buf env;
void test() {
    int *p = NULL;
    if(p==NULL)
        longjmp(env,1);
}
int main() {
    if(setjmp(env) == 0) {
        test();
    }else{
        cout<<"Caught Exception\n";
    }
    return 0;
}

Code 3演示了一個簡單的無類型異常處理示例，使用longjmp()和setjmp()函數實現跳轉到try語句塊以外的語句。語句setjmp（env）返回0表示程序執行到這裡並且沒有發生異常，語句longjmp（env，1）使得程序跳轉到setjmp（）之外，並且1作為返回值。

三、C++異常處理的注意事項

在使用C++異常處理時，需要注意以下幾點：

1. 僅處理已知的異常類型

不要用catch(…)異常塊來處理任何未知的異常，因為這會隱藏應用程序的問題，使程序難以調試和測試。除非確定可以安全地處理所有異常情況，否則應使用基於類型的異常機制，捕獲已知類型的異常。

2. 不要濫用異常思想

異常處理是一種增加程序健壯性的機制，適當使用異常機制可以避免程序的突然崩潰。但是，濫用異常處理是會影響程序的性能的，因此需要在代碼中避免使用過於頻繁的異常處理語句。

3. 應使用RAII來避免資源泄漏

盡量使用RAII（資源獲取即初始化）技術來避免資源泄漏，以確保在構造函數中獲取資源（例如內存分配，文件句柄等），並在析構函數中釋放資源。這樣在發生異常情況時，也可以自動釋放資源。

四、總結

C++異常處理機制可以在程序運行過程中檢測到並響應錯誤信息，以增強程序的健壯性。在使用C++異常處理時，開發人員應該遵循一定的注意事項，例如僅處理已知的異常類型、不要濫用異常思想和應使用RAII來避免資源泄漏。

這裡再給出一個基於類型的異常處理示例代碼：

//Code 4：基於類型的異常處理
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;
double Divide(double dividend, double divisor){
    if(divisor == 0)
        throw invalid_argument("Divisor is Zero");
    else
        return (dividend / divisor);
}
int main(){
    double dividend, divisor, quotient;
    cout<<"Enter dividend and divisor\n";
    cin>>dividend>>divisor;
    try{
        quotient = Divide(dividend, divisor);
        cout<<"Quotient is: "<<quotient<<endl;
    }
    catch(invalid_argument &ex){
        cerr<<"Exception caught: "<<ex.what()<<endl;
    }
    return 0;
}