19. 异常处理

一、什么是异常

程序在运行过程之中，不可避免的出现一些错误，比如：使用了没有赋值的变量、使用了不存在的索引、除 0 等等。这些错误在程序中，我们称之为异常。程序运行过程中，一旦出现异常将会导致程序立即终止，异常以后的代码全部都不会执行。

二、异常的传播

当在函数中出现异常时，如果在函数中对异常进行了处理，则异常不会继续传播。如果函数中不会对异常进行处理，，则异常会继续向函数调用处传播。如果函数调用处处理了异常，则不再传播，如果没有则继续向调用处传播。直到传递到 main() 函数中，如果依然没有处理，则程序终止，并显示异常信息。

当程序运行过程中出现异常以后，所有的异常信息会被保存在一个专门的异常对象，而异常传播时，实际上就是异常对象抛给了调用处。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> array(3, 10);
  
    array.at(4) = 100;

    return 0;
}

三、异常处理机制

程序运行时出现异常，目的并不是让程序直接终止。C++ 是希望在出现异常时，我们可以编写代码来对异常进行处理。遇到异常时，C++ 中有两种处理机制。

3.1、try...catch机制

在 C++ 中，提供 try...catch 语句捕获并处理异常。在使用时，把可能产生异常的代码放在 try 子句中，把处理结果放在 catch 子句中。这样，当 try 子句中的代码块出现异常时，就会执行 catch 语句块中的内容。如果 try 语句块中代码没有异常，那么 catch 语句块不会执行。这样我们就可以通过代码来处理异常，避免因为一个异常导致整个程序的终止。如果 catch 后面的括号不使用具体的异常类型，而使用 ... 代替具体异常类型，则此时它会捕获所有的异常。

try
{
    // 代码块（可能出现异常的代码）
} 
catch (异常类型 异常对象名)
{
    // 代码块（出现错误以后的处理方式）
}
catch (异常类型 异常对象名)
{
    // 代码块（出现错误以后的处理方式）
}
catch (...)
{
    // 代码块（出现错误以后的处理方式）
}

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> array(3, 10);
  
    try
    {
        array.at(4) = 100;
    }
    catch(exception & e)
    {
        cerr << e.what() << '\n';
    }

    cout << "Hello world" << endl;

    return 0;
}

在使用 try...catch 语句捕获异常时，当程序出现异常并处理完后，程序继续执行；

3.2、throw机制

如果某个函数或方法可能会产生异常，但不想在当前函数或方法中处理这个异常，则可以使用 throw 语句在函数或方法中抛出异常。

throw 异常描述

如果异常类型名为可选参数，它用于指定抛出的异常名称以及异常信息的相关描述。如果省略，就会把当前的错误原样抛出。异常描述也可以省略，如果省略，则在抛出异常时，不附带任何描述信息。

#include <iostream>

using namespace std;

int main(void)
{
    int num1 = 0, num2 = 0;
  
    cout << "Enter two numbers: " << endl;
    cin >> num1 >> num2;

    try
    {
  
        if (num2 == 0)
        {
            throw runtime_error("Division by zero");
        }
        cout << num1 / num2 << endl;
    }
    catch(exception & e)
    {
        cerr << e.what() << '\n';
    }

    return 0;
}

四、C++标准异常

C++ 提供了一个 exception 头文件，它里面定义了 exception 类，C++ 可以把它用作其它异常类的基本。代码可以引发 exception 异常，也可以将 exception 类用作基类。

头文件 stdexcept 定了了其它几个异常类。该文件定义了 logic_error 和 runtime_error 类，它们都是以公有方式从 exception 派生而来的额。这些类的构造函数接受一个 string 对象作为参数，该参数提供了方法 what() 以 C-风格字符串方式返回的字符数据。login_error 异常表明存在可以通过编程修复的问题，而 runtime_error 系列异常描述了可能在运行期间发生但难以预计和防范的错误。

异常 invalid_argument 指出给函数传递了一个意外的值。异常 length_error 用来指出没有足够的空间来执行所需的操作。异常 out_of_bands 通常用于指示索引错误。

一般而言，不同的变量具有不同的存储范围。如果计算的结果比这个范围的最小值还小时，将会导致下溢错误，比这个范围最大值还大的话，将会导致上溢错误。如果计算结果可能不在函数的允许范围之内，但没有发生上溢或下溢错误，在这种情况下，可以使用 range_error 异常。

五、自定义异常类

我们也可以自定义异常类，只需要创建一个类继承 exception 类即可。

class AgeNegativException : public exception
{
public:
    const char * what(void) const throw()
    {
        return "年龄不能为负";
    }
};

#include <iostream>

using namespace std;

class NegativException : public exception
{
public:
    const char * what(void) const throw()
    {
        return "年龄不能为负";
    }
};

int main(void)
{
    int age = 0;
  
    cout << "请输入年龄: " << endl;
    cin >> age;

    try
    {
  
        if (age < 0)
        {
            NegativException error;
            throw error;
        }
    }
    catch(NegativException &e)
    {
        cerr << e.what() << '\n';
    }

    return 0;
}

六、noexcept关键字的使用

在 C++ 11 中，noexcept 关键字是一个异常指示符，用来告诉编译器函数不会抛出异常，编译器可以进行更多的优化。

void func() noexcept; // 表示func不会抛出异常

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass 
{
public:
    MyClass(void) noexcept ;

    ~MyClass(void) noexcept ;
};

MyClass::MyClass() noexcept 
{
    std::cout << "Constructor called" << std::endl;
}

MyClass::~MyClass(void) noexcept 
{
    cout << "Destructor called" << endl;
}

int main(void) 
{
    MyClass obj;
  
    return 0;
}