C++ 指南- 异常的处理
异常处理
异常处理是C++中用于处理程序运行时发生的错误情况的一种机制。它允许程序在发生错误时从当前执行点跳转到事先定义的错误处理代码，而不是立即终止程序。
异常的抛出和捕获
抛出异常 (Throwing Exceptions)
在C++中，使用 throw 语句抛出异常。这可以是标准异常类型，如 std::runtime_error，也可以是自定义异常类型。
throw std::runtime_error("An error occurred!");
捕获异常 (Catching Exceptions)
使用 try 块来标记可能抛出异常的代码区域。catch 块用来捕获并处理这些异常。
try {
// 尝试执行的代码
} catch (const std::exception& e) {
// 处理 std::exception 或其派生类的异常
std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
}
自定义异常
自定义异常是通过继承自 std::exception 或其子类来创建的。这允许你添加额外的状态或行为到异常处理中。
定义自定义异常类
class MyException : public std::exception {
private:
std::string message;
public:
MyException(const std::string& msg) : message(msg) {}
virtual const char* what() const noexcept override {
return message.c_str();
}
};
使用自定义异常
try {
// 某个条件满足时抛出自定义异常
if (/* some condition */) {
throw MyException("Custom error message");
}
} catch (const MyException& e) {
std::cerr << "Caught MyException: " << e.what() << std::endl;
} catch (const std::exception& e) {
// 处理其他标准异常
std::cerr << "Caught std::exception: " << e.what() << std::endl;
}
注意事项
异常安全性：确保异常不会破坏程序的状态。使用RAII（资源获取即初始化）模式管理资源。
异常传播：通常，异常应该向上传播到能够适当处理它们的地方。
避免类型转换：不要在 catch 块中进行类型转换，这可能隐藏错误。
使用标准异常：对于常见的错误情况，使用标准库提供的异常类型。
自定义异常信息：自定义异常应该提供足够的信息来诊断问题。
进阶内容
在C++中，try-catch 是处理异常的主要机制。然而，除了使用 try-catch 语句之外，还有几种其他技术和方法可以间接地处理或避免异常：
异常说明（Exception Specifications）：
C++ 允许函数指定它们不会抛出的异常类型（nothrow guarantee）。这是通过在函数声明的尾部使用 noexcept 来实现的。
void function() noexcept {
// 该函数保证不会抛出任何异常
}
错误代码：
在一些情况下，函数可能返回错误代码而不是抛出异常。这是一种传统的错误处理方法，特别是在那些不支持异常的语言中。
int function() {
if (/* 错误条件 */) {
return -1; // 错误代码
}
return 0; // 成功
}
断言（Assertions）：
使用断言来确保程序在某个条件下不会继续执行。断言失败通常会导致程序终止。
assert(condition); // 如果 condition 为 false，则程序将终止
资源管理：
使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式来管理资源，确保在发生异常时资源能够被适当地释放。
{
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 锁定互斥体
// 自动在作用域结束时解锁
} // 作用域结束，lock_guard 对象被销毁，互斥体解锁
可选值（Optional Values）：
使用 std::optional 来避免因空指针或无效值导致的异常。
std::optional 是 C++17 标准引入的一个模板类，用于封装一个可能存在也可能不存在的值。它可以用来避免空指针异常和其他因缺少值而可能发生的错误，提供了一种更安全、更明确的方式来处理可能无效或缺失的数据。
#include 创建 optional 对象
你可以创建一个不含任何值的 std::optional 对象，或者使用一个值来初始化它：
std::optional<int> opt; // 没有初始化的 optional，没有值
std::optional<int> optWithValue(10); // 有值的 optional，值为 10
检查值是否存在
在访问 std::optional 中的值之前，你应该检查它是否有值：
if (opt.has_value()) {
std::cout << "The value is: " << opt.value() << std::endl;
} else {
std::cout << "There is no value." << std::endl;
}
访问值
如果 std::optional 对象包含一个值，你可以使用 value() 成员函数来访问它：
if (opt) {
std::cout << "Value: " << opt.value() << std::endl;
}
使用值或提供默认值
如果你不想使用 has_value() 检查，std::optional 还提供了 value_or() 成员函数，它返回存储的值，如果没有值，则返回一个提供的默认值：
int val = opt.value_or(-1); // 如果 opt 有值，则返回该值；否则返回 -1
赋值和重置
你可以给 std::optional 对象赋值，或者使用 reset() 成员函数来清除当前存储的值：
opt.emplace(5); // 给 opt 赋值 5
opt.reset(); // 清除 opt 中的值
异常安全性
使用 std::optional 可以避免因空指针解引用或访问无效值而抛出的异常，它不会抛出任何异常。
应用场景
函数返回值：当函数可能不返回有效的结果时，可以返回 std::optional。
容器中的元素：当容器中的元素可能为空或无效时，使用 std::optional 封装这些元素。
配置选项：表示可能未设置的配置选项。
错误处理：作为一种替代错误码的方式，提供更直观的错误处理。
示例：使用 std::optional 作为函数返回类型
std::optional<int> findElement(const std::vector<int>& vec, int value) {
for (int elem : vec) {
if (elem == value) {
return elem;
}
}
return {}; // 返回一个没有值的 optional
}
int main() {
std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5};
auto result = findElement(data, 3);
if (result) {
std::cout << "Element found: " << *result << std::endl;
} else {
std::cout << "Element not found." << std::endl;
}
}
在这个示例中，findElement 函数尝试在向量中查找一个元素，如果找到了，它就返回一个包含该元素值的 std::optional；如果没有找到，它就返回一个空的 std::optional。这使得调用者可以很容易地检查函数是否找到了元素，并且避免了使用特殊值或错误码来表示失败的情况。