入门级-其他-C++异常处理

- 异常处理概述
- try-catch 块
- throw 语句
- catch 的类型匹配
- 异常传播
- 标准异常
- 自定义异常
- 异常规范与 noexcept
- 异常与性能
- 异常与断言
- 未捕获异常的处理
- 最佳实践

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### 异常处理概述
- **定义**：异常是程序运行时发生的意外问题或错误。
- **目的**：优雅地处理错误，防止程序崩溃。
- **优势**：
- 强制错误处理
- 错误处理与正常代码分离
- 堆栈展开机制

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### try-catch 块
- **try 块**：包含可能引发异常的代码。
- **catch 块**：捕获并处理异常。

**语法**：
```cpp
try {
    // 可能引发异常的代码
}
catch (ExceptionType e) {
    // 异常处理代码
}
```

**示例代码**：
```cpp
try {
    int result = 10 / 0; // 非定义行为
    throw 0;// 抛出异常
}
catch (std::exception& e) {
    std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
}
```

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### throw 语句
- **定义**：`throw` 用于在代码中显式地引发一个异常。
- **语法**：`throw expression;`。
- **特点**：
- 可以抛出任何类型的对象，但建议抛出标准异常类或其派生类。
- 异常对象的类型决定了它能被哪个 `catch` 块捕获。
**示例**：
```cpp
void divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("Division by zero"); // 抛出异常
    }
    std::cout << "Result: " << a / b << std::endl;
}
```

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### catch 的类型匹配
**精确匹配**：异常类型与 `catch` 块的类型完全一致。
```cpp
catch (std::runtime_error& e) {
    std::cerr << "Caught runtime_error: " << e.what() << std::endl;
}
```

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**基类匹配**：异常类型是派生类时，可以被基类的 `catch` 块捕获。
```cpp
catch (std::exception& e) {
    std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
}
```

**通用捕获**：使用 `catch (...)` 捕获所有类型的异常。
```cpp
catch (...) {
    std::cerr << "Caught unknown exception" << std::endl;
}
```

**注意事项**：
- `catch` 块的顺序很重要，基类的 `catch` 块应放在派生类之后。
- `catch` 块按顺序匹配，找到匹配的 `catch` 块后，后续的 `catch` 块将被忽略。

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### 异常传播
- **定义**：异常在调用堆栈中向上传播，直到被捕获。
- **堆栈展开**：异常发生时，自动销毁范围内的对象。

**示例**：

```cpp
void func() {
    throw std::runtime_error("Error in func");
}

void test() {
    func();
}

int main() {
    try {
        test();
    }
    catch (std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }
}
```

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### 标准异常
- **标准异常类**：`std::exception` 及其派生类。
- **常见标准异常**：
  - `std::invalid_argument`
  - `std::out_of_range`
  - `std::runtime_error`

**示例**：
```cpp
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
try {
    int value = vec.at(10); // 抛出 std::out_of_range
}
catch (std::out_of_range& e) {
    std::cerr << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
}
```

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### 自定义异常
**定义**：派生自 `std::exception` 的类。

**示例**：

```cpp
class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "My custom exception";
    }
};

void func() {
    throw MyException();
}

int main() {
    try {
        func();
    }
    catch (MyException& e) {
        std::cerr << "Caught custom exception: " << e.what() << std::endl;
    }
}
```

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### 异常规范与 noexcept
- **异常规范**：已弃用，仅保留 `noexcept`。
- **noexcept**：
- `noexcept`：函数不会抛出异常。
- `noexcept(false)`：函数可能抛出异常。
**示例**：

```cpp
void safeFunction() noexcept {
    // 不会抛出异常的代码
}

void riskyFunction() noexcept(false) {
    // 可能抛出异常的代码
}
```

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### 异常与性能
- **未引发异常时**：性能开销极低。
- **引发异常时**：堆栈遍历和展开的开销。
- **建议**：在性能关键型代码中谨慎使用异常。

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### 异常与断言
- **断言**：用于检查始终为 true 或 false 的条件。
- **异常**：用于处理运行时可能发生的错误。

**示例**：

```cpp
assert(x > 0); // 断言
if (x <= 0) {
    throw std::invalid_argument("x must be positive");
}
```

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### 未捕获异常的处理
- **默认行为**：如果异常未被捕获，程序会调用 `std::terminate`，默认情况下会调用 `std::abort` 来终止程序。
- **自定义处理**：可以通过 `std::set_terminate` 设置自定义的终止处理函数。

```cpp
void customTerminate() {
    std::cerr << "Uncaught exception! Terminating program." << std::endl;
    exit(1);
}

int main() {
    std::set_terminate(customTerminate);
    throw std::runtime_error("Uncaught exception");
}
```

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### 最佳实践
- 使用断言检查逻辑条件。
- 使用异常处理运行时错误。
- 捕获异常时尽量具体。
- 避免在析构函数中抛出异常。