C++: 异常处理

最后更新：2026-08-26

程序运行时，总会遇到意外：文件不存在、内存不足、网络断开……

如果不管，程序就会崩溃。

异常处理就是程序的"安全气囊"——出问题时，优雅地应对，而不是直接崩溃。

1. 异常处理基础

(1) 1.1 什么是异常？

异常是程序运行时出现的错误或意外情况。

常见异常：

除以零
访问空指针
文件打开失败
内存分配失败

(2) 1.2 异常处理三要素

C++异常处理用三个关键字：

关键字	功能
`try`	监控可能出错的代码
`catch`	捕获并处理异常
`throw`	抛出异常

(3) 1.3 基本示例

示例：除以零异常（难度⭐）

▶ 示例 1：代码示例（难度⭐）

CPP

#include <iostream>

int divide(int a, int b) {
 if (b == 0) {
 throw "除数不能为0！"; // 抛出异常
 }
 return a / b;
}

int main() {
 try {
 std::cout << divide(10, 2) << std::endl; // 正常
 std::cout << divide(10, 0) << std::endl; // 抛出异常
 }
 catch (const char* msg) { // 捕获异常
 std::cerr << "错误：" << msg << std::endl;
 }
 
 std::cout << "程序继续运行" << std::endl;
 return 0;
}

▶ 试一试

输出：

TEXT 📖 仅展示

5
错误：除数不能为0！
程序继续运行

运行结果：

TEXT 📖 仅展示

5
错误：除数不能为0！
程序继续运行

💡 提示：

异常被捕获后，程序不会崩溃，而是继续执行

2. 异常类型

(1) 2.1 抛出的类型

throw 可以抛出任何类型：

类型	示例
基本类型	`throw 42;`
字符串	`throw "error";`
标准异常	`throw std::runtime_error("error");`
自定义异常	`throw MyException();`

(2) 2.2 捕获多个异常

示例：捕获不同类型的异常（难度⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
### ▶ 示例 2：代码示例（难度⭐）

#include <string>

void process(int value) {
 if (value == 0) {
 throw 0; // 抛出int
 }
 if (value < 0) {
 throw std::string("负数"); // 抛出string
 }
}

int main() {
 try {
 process(-5);
 }
 catch (int e) {
 std::cerr << "捕获int异常：" << e << std::endl;
 }
 catch (const std::string& e) {
 std::cerr << "捕获string异常：" << e << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

3. 标准异常

(1) 3.1 std::exception层次

C++标准库定义了一套异常类，都在 stdexcept 中：

CPP

std::exception
 ├── std::logic_error
 │ ├── std::invalid_argument
 │ ├── std::out_of_range
 │ └── std::length_error
 └── std::runtime_error
 ├── std::overflow_error
 └── std::underflow_error

(2) 3.2 常用标准异常

异常类	说明
`std::invalid_argument`	参数非法
`std::out_of_range`	越界
`std::runtime_error`	运行时错误
`std::bad_alloc`	内存分配失败（`new`失败）

示例：使用标准异常（难度⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>

int main() {
 std::vector<int> v = {1, 2, 3};
 
 try {
 v.at(10); // 越界访问
 }
 catch (const std::out_of_range& e) {
 std::cerr << "捕获异常：" << e.what() << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

4. 自定义异常

(1) 4.1 继承std::exception

最佳实践： 自定义异常类继承 std::exception。

示例：自定义异常类（难度⭐⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <exception>
#include <string>

// 自定义异常类
class MyException : public std::exception {
private:
 std::string msg;
 
public:
 MyException(const std::string& msg) : msg(msg) {}
 
 const char* what() const noexcept override {
 return msg.c_str();
 }
};

int main() {
 try {
 throw MyException("自定义异常");
 }
 catch (const MyException& e) {
 std::cerr << "捕获自定义异常：" << e.what() << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

5. 异常安全

(1) 5.1 什么是异常安全？

异常安全是指：即使抛出异常，程序也能保持一致状态（不泄漏资源、不破坏数据）。

三个保证层次：

基本保证：程序状态一致，但可能变化
强保证：操作要么成功，要么完全回滚（像没发生过）
不抛异常保证：函数绝不抛出异常

(2) 5.2 RAII——资源管理的利器

RAII（Resource Acquisition Is Initialization）：用对象管理资源，析构函数自动释放。

示例：用智能指针保证异常安全（难度⭐⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <memory>

void process() {
 // 用unique_ptr管理内存，即使抛出异常也会自动释放
 std::unique_ptr<int> p(new int(42));
 
 // ... 可能抛出异常的代码 ...
 
 std::cout << *p << std::endl;
} // p自动释放

int main() {
 try {
 process();
 }
 catch (...) {
 std::cerr << "捕获异常" << std::endl;
 }
 return 0;
}

6. noexcept关键字

(1) 6.1 基本用法

C++11引入 noexcept，声明函数不抛出异常。

示例：声明不抛异常（难度⭐）

CPP

void safeFunction() noexcept {
 // 这个函数保证不抛出异常
}

void unsafeFunction() {
 // 可能抛出异常
}

💡 提示：

析构函数默认 noexcept
noexcept 有助于编译器优化

❓ 常见问题

Q：什么时候用异常？ A：用于真正意外的情况，不用于正常控制流。

Q：catch(...)是什么？ A：捕获所有异常，通常用于清理资源后重新抛出。

CPP

try {
 // ...
}
catch (...) {
 // 清理资源
 throw; // 重新抛出
}

Q：构造函数能抛异常吗？ A：可以，但要小心内存泄漏。用智能指针或RAII管理资源。

▶ 示例 3：捕获异常（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <stdexcept>

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("除数不能为0");
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        std::cout << divide(10, 2) << std::endl;
        std::cout << divide(10, 0) << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "错误：" << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

▶ 试一试

输出：

TEXT 📖 仅展示

错误：除数不能为0

💡 提示：try-catch 捕获异常，throw 抛出异常。what() 返回错误信息。

知识点	要点
try-catch-throw	异常处理三要素
标准异常	`std::runtime_error`等
自定义异常	继承 `std::exception`
异常安全	RAII保证资源不泄漏
noexcept	声明函数不抛异常

📖 小节

try/catch：捕获并处理异常
throw：抛出异常
std::exception：标准异常基类
自定义异常：继承 std::exception 实现自己的异常类

📝 作业

**基础题 (Difficulty ⭐)：写一个除法函数，当除数为 0 时抛出 std::runtime_error，在 main 中用 try/catch 捕获并输出错误信息。
**进阶题 (Difficulty ⭐⭐)：自定义一个异常类（继承 std::exception），包含错误码和错误描述两个字段，throw 后在 catch 中获取。
**挑战题 (Difficulty ⭐⭐⭐)：实现一个"资源守卫"类，构造函数获取资源，析构函数释放资源。即使中间抛出异常，资源也能正确释放（RAII 原理）。

异常处理三部分：try 监视、throw 抛出、catch 捕获
标准异常类继承自 std::exception
catch 按类型匹配，多个 catch 从上到下
栈展开：异常抛出后逐层寻找 catch
noexcept 声明函数不抛异常

下一课：文件操作进阶（#41）

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1. 异常处理基础

(1) 1.1 什么是异常？

(2) 1.2 异常处理三要素

(3) 1.3 基本示例

▶ 示例 1：代码示例（难度⭐）

2. 异常类型

(1) 2.1 抛出的类型

(2) 2.2 捕获多个异常

3. 标准异常

(1) 3.1 std::exception层次

(2) 3.2 常用标准异常

4. 自定义异常

(1) 4.1 继承std::exception

5. 异常安全

(1) 5.1 什么是异常安全？

(2) 5.2 RAII——资源管理的利器

6. noexcept关键字

(1) 6.1 基本用法

❓ 常见问题

▶ 示例 3：捕获异常（难度⭐）

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