C++异常与RAII智能指针笔记

一、异常的抛出和捕获

程序出现问题时，可以通过throw抛出对象引发异常；抛出对象的类型，以及当前调用链，决定由哪个catch块处理。

匹配规则：选中的catch是调用链里类型匹配、且离抛出位置最近的那个。
throw执行后，throw后面代码不再执行；程序跳转到匹配的catch。catch可以在当前函数，也可以在上层调用函数。控制权转移到catch，会沿着调用链提前退出函数。
一旦进入异常处理流程，栈上创建的对象都会销毁。
抛出异常对象时，会生成异常对象拷贝；catch处理完后销毁拷贝对象（C++11 后优化，减少拷贝）。

二、栈展开 (stack unwinding)

抛出异常后，暂停当前函数执行，向上寻找匹配catch：

先检查throw是否在try块内，有匹配catch就跳到catch执行。
当前函数没有try/catch，或者catch类型不匹配：退出当前函数，继续在外层调用函数查找匹配catch，这个过程就是栈展开。
一直找到main函数仍无匹配catch：调用库函数terminate终止程序。
找到匹配catch并处理完毕，catch之后代码继续执行。

三、查找匹配的处理代码

默认：抛出对象类型和catch类型完全匹配；多个匹配时，选择位置更近的。
允许少量隐式转换：非常量→常量；数组→数组首元素指针；函数→函数指针；派生类→基类（继承体系中非常常用）。
若到main还没有匹配异常处理器，程序终止。一般会在main写catch(...)捕获任意类型异常，但无法得知具体错误信息。

四、异常规范（异常说明）

用来标注函数会不会抛出异常，方便调用者理解。

C++98：函数参数列表后throw()表示不抛异常；throw(类型1,类型2...)列出可能抛出的异常类型。写法繁琐，实践很少使用。
C++11：简化，noexcept修饰函数代表不会抛出异常；不写则代表可能抛出异常。

编译器不会在编译期校验 noexcept ：就算函数内部有throw或者调用可能抛异常的函数，编译依旧可以通过（部分编译器告警）。如果标记noexcept的函数抛出异常，程序直接调用terminate终止。
noexcept(表达式)还可以作为运算符：检测表达式是否可能抛异常，返回false可能抛，返回true不会抛。示例：

复制代码

vector<int> v;
v.size();   // noexcept，不会抛异常
v.push_back(1); // 可能抛异常（内存分配失败）

五、RAII 和智能指针设计思路

RAII（Resource Acquisition Is Initialization） ：资源获取即初始化。核心思想：利用对象生命周期管理资源（堆内存、文件句柄、网络连接、互斥锁等）。

获取资源时，交给一个对象；资源的访问交给对象控制。
对象生命周期内资源保持有效。
对象析构的时候自动释放资源。

好处：正常 return，或者异常导致栈展开，都会调用析构函数，保证资源释放，杜绝内存泄漏。

简易智能指针示例：

复制代码

template<class T>
class SmartPtr
{
public:
    SmartPtr(T* ptr)
        :_ptr(ptr)
    {}
    ~SmartPtr()
    {
        cout << "delete:" << _ptr << endl;
        delete[] _ptr;
    }
public:
    T* _ptr;
};

void Func()
{
    SmartPtr<int> sp1 = new int[10];
    SmartPtr<int> sp2 = new int[10];
    int len, time;
    cin >> len >> time;
    cout << Divide(len, time) << endl;
}

哪怕Divide抛出异常，栈展开时sp1 sp2析构，自动释放 new 出来的数组。

六、C++ 标准库智能指针（`<memory>`头文件）

除weak_ptr外，其余都遵循 RAII 思想，差异主要在拷贝管理。

auto_ptr（C++98，已废弃） 拷贝时转移管理权，被拷贝对象悬空，访问会报错；C++11 之后不推荐，项目禁用。
unique_ptr（C++11） 唯一指针，不支持拷贝，只支持移动。不需要共享资源的场景首选。
shared_ptr（C++11） 共享指针，支持拷贝与移动；底层依靠引用计数实现。
1. 多个shared_ptr指向同一块资源，引用计数 + 1；
2. 销毁一个shared_ptr，引用计数 - 1；
3. 引用计数减到 0 时，释放管理的堆资源。
weak_ptr（C++11） 弱指针，不参与 RAII，不增加引用计数；专门用来解决shared_ptr循环引用造成的内存泄漏。

智能指针补充要点

默认析构使用delete释放资源；如果不是new出来的资源交给智能指针，析构会崩溃。可以自定义删除器，修改释放逻辑。
unique_ptr、shared_ptr支持数组版本：unique_ptr<Date[]> up1(new Date[5]);
make_shared<T>(args)：直接构造资源对象，返回shared_ptr<T>，推荐优先使用。
shared_ptr/unique_ptr支持operator bool：智能指针对象可以直接if(sp)判断是否管理有效资源。
构造函数使用explicit修饰：禁止普通裸指针隐式转换成智能指针。