學習C++異常處理從入門到精通

異常處理是C++中一種處理程序無法正常執行的種種情況的機制，包括但不限於硬體和軟體出錯、內存訪問衝突、數據類型不匹配等各種異常情況。 C++異常處理是一種強大的功能，掌握它可以大大提高代碼的穩定性和可靠性。本文將會帶您從C++異常的起源開始，包括一些基礎概念，一些常見的術語和一些實例，帶給您一份細緻入微的C++異常處理啟蒙指南。

一、異常處理的基礎概念

在學習C++異常處理之前，我們先了解一下什麼是異常，以及異常處理的一些相關基礎概念。

1. 異常是什麼？

異常是指在程序運行時發生的錯誤，導致了程序無法正常執行的各種情況，如：硬體故障、不足的內存、空指針、文件無法打開等。如果程序在出現這些異常情況時不能進行正確地處理，就會產生非預期的結果。異常處理就是為了解決這個問題而產生的。

2. 異常處理的基本原則

異常處理有三個基本原則：拋出、捕獲和處理。

– 拋出：表示程序出現異常，需要將其傳遞給外部程序進行處理。
– 捕獲：表示程序能夠識別並處理這些異常。
– 處理：表示程序能夠處理這些異常並做出適當的反應。

3. 異常處理的優點

C++異常處理的優點主要體現在以下幾個方面：

– 向程序員提供了優美的處理程序的機制，使得程序變得更加健壯和可靠。
– 異常處理使得程序的流程更加清晰，讓程序員能夠更加專註於代碼的核心邏輯，而不用去處理瑣碎的異常情況。
– 異常處理使異常檢測和處理的邏輯與代碼的核心職責相分離，代碼更加易讀和易於維護。

二、C++異常處理的語法

C++異常處理的語法包括三個重要的關鍵字：try、catch 和 throw。

– try 塊：
所有可能拋出異常的代碼塊必須被放置在 try 塊中，以檢查異常並捕獲它們。

– catch 塊：
當 try 塊中拋出異常時，catch 塊捕獲它並進行處理。每個 catch 塊處理一個特定類型的異常，可以有多個 catch 塊執行，每個 catch 塊處理對應的不同特定異常類型。

捕獲的語法如下：

“`
try {
// 一些可能拋出異常的代碼
}
catch (ExceptionType1 e1) {
// 處理 ExceptionType1 類型的異常
}
catch (ExceptionType2 e2) {
// 處理 ExceptionType2 類型的異常
}
…
“`

– Throw 語句：
當程序出現異常時，需要將其傳遞給 try 塊，這可以通過 throw 語句來實現。

throw 的語法如下：

“`
throw ExceptionTypeName(variable);
“`

一個能夠捕獲異常的完整案例如下：

#include 

using namespace std;

int main() {
    try {
        int a = 10, b = 0;
        if (b == 0) {
            throw "除數為零異常。";
        }
        int c = a / b;
        cout << c << endl;
    } catch (const char* msg) {
        cerr << msg << endl;
    }
    return 0;
}

三、異常處理的實例

1. 使用自定義異常類處理異常

C++提供了許多內置的異常類型，但也可以定義自己的異常類型來滿足特定的需求。下面的程序使用自定義的異常類 DivideByZeroException 來處理除數為零的情況。

#include 
#include 

using namespace std;

class DivideByZeroException : public exception {
public:
    const char* what() const throw() {
        return "異常：除數為零!";
    }
};

int main() {
    try {
        int a = 10, b = 0;
        if (b == 0) {
            throw DivideByZeroException();
        }
        int c = a / b;
        cout << c << endl;
    } catch (exception& e) {
        cerr << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

2. 異常鏈

在一個塊中捕獲異常並拋出另一個異常，使得異常能夠在被拋出的過程中包裹收到。

#include 
#include 

using namespace std;

void funcA() throw(int) {
    throw 1;
}

void funcB() throw(int) {
    try {
        funcA();
    }
    catch (int) {
        throw;
    }
}

int main() {
    try {
        funcB();
    }
    catch (int i) {
        cout << "異常：" << i << endl;
    }
    return 0;
}

3. 無法處理的異常

如果不處理 throw 的異常，則程序將會終止運行並拋出 std::terminate() 函數。

#include 

int main() {
    try {
        throw 1;
    }
    catch (int) {
        std::cout << "捕獲異常。" << std::endl;
    }
    return 0;
}

四、異常處理的最佳實踐

在使用C++異常處理的過程中，我們需要注意以下幾點：

– 儘可能地避免異常，因為異常的開銷很大，會減慢程序的執行速度。
– 盡量小心地編寫代碼，以避免多種異常，因為不同類型的異常會給程序員帶來更多不必要的困擾。
– 為每個異常類型創建一個獨立的 catch 語句，這有助於提高程序的可讀性和可維護性。
– 在每個 catch 塊中，只拋出必要的異常，因為再次拋出 non-const 引用會打破代碼的封裝性。
– 使用自定義異常類來表示特定類型的異常，這可以使代碼的可讀性和可維護性更好。
– 在最終塊中，釋放分配給程序的所有內存資源，並記錄日誌信息以幫助程序員診斷程序錯誤。

五、總結

C++異常處理是C++中一個非常重要的主題。異常處理使得程序員能夠更加專註於核心邏輯的編寫，並提高了程序的健壯性和可靠性。在本文中，我們介紹了異常處理的基本概念、語法、實例和最佳實踐，希望對您現有的C++編程知識有所幫助。