C++<第三十五篇>：异常处理

异常处理是程序设计中除调试之外的另一种错误处理方法，它往往被大多数程序设计人员在实际设计中忽略。异常处理引起的代码膨胀将不可避免地增加程序阅读的困难，这对于程序设计人员来说是十分烦恼的。异常处理与真正的错误处理有一定区别，异常处理不但可以对系统错误做出反应，还可以对认为制造的错误做出反应并处理。

（1）程序错误分类

程序的错误大致可以分为三种，分别是语法错误、逻辑错误和运行时错误：

（1）语法错误在编译和链接阶段就能发现，只有 100% 符合语法规则的代码才能生成可执行程序。
     语法错误是最容易发现、最容易定位、最容易排除的错误，程序员最不需要担心的就是这种错误。

（2）逻辑错误是说我们编写的代码思路有问题，不能够达到最终的目标，这种错误可以通过调试来解决。

（3）运行时错误是指程序在运行期间发生的错误，例如除数为 0、内存分配失败、数组越界、文件不存在等。
     C++ 异常（Exception）机制就是为解决运行时错误而引入的。

运行时错误如果放任不管，系统就会执行默认的操作，终止程序运行，也就是我们常说的程序崩溃（Crash）。C++ 提供了异常（Exception）机制，让我们能够捕获运行时错误，给程序一次“起死回生”的机会，或者至少告诉用户发生了什么再终止程序。

（2）运行时异常

在程序运行阶段，有时候会发生crash。

【举例1】 被除数为0

int a = 4;
int b = 0;
int c = a / b;

【举例2】 下标越界

string a = "zhangsan";
char n = a.at(100);
cout << n << endl;

像这些编译时无法发现，运行时可能发生的异常称之为运行时异常。

（3）抛出异常

抛出异常的关键字是 throw，程序员可以主动抛出异常，在某些场景下，我们希望程序员主动抛出异常，就比如上面的例子，大家都知道被除数不能为0，如果程序员不主动抛出异常，那么程序在执行到

int c = a / b;

会抛出异常，使用关键字 throw 可以控制抛出异常的时机以及异常类型。

比如：

throw 1;

此时，程序 crash，抛出异常：

image.png

从异常信息可以看出，异常类型是 int 类型。

又比如：

throw "抛出一个异常";

image.png

从异常信息可以看出，异常类型是 char 类型。

上面说，被除数不能为0，我们可以控制异常的位置以及异常类型。

int a = 4;
int b = 0;
if (b == 0) 
{
    throw "被除数不能为0";
}
int c = a / b;

关键字 throw 可以让程序主动crash，程序员比较容易发现此错误。

（4）捕获异常

捕获异常的关键字是 try ... catch，try 是尝试的意思，catch是捕获的意思，catch后面的括号指明了异常类型已经异常对象，当发送异常时，只有异常类型和catch括号执行的异常类型一致才可以被catch捕获。

比如：

try
{
    int a = 4;
    int b = 0;
    if (b == 0)
        throw "Integer division by zero。";
    int c = a / b;
}
catch (const int e)
{
    cout << e << endl;
}

代码中，throw 后面异常类型为字符串，但是catch括号中指定的类型是 const int， 所以，该异常不能被捕获，需要修改需要捕获的异常类型，修改后的代码如下：

try
{
    int a = 4;
    int b = 0;
    if (b == 0)
        throw "Integer division by zero。";
    int c = a / b;
}
catch (const char* e)
{
    cout << e << endl;
}

此时，catch 代码块中的代码被执行，打印结果是：

Integer division by zero。

当 try 代码块需要捕获多个异常时，如下代码是被允许的，但不可取：

try
{
    int a = 4;
    int b = 1;
    if (b == 0)
        throw "Integer division by zero。";
    int c = a / b;

    try
    {
        throw 1;
    }
    catch (const int e)
    {
        cout << e << endl;
    }
}
catch (const char* e)
{
    cout << e << endl;
}

以上代码从代码结构上来讲，嵌套太深，可读性差。我们可以使用 catch 嵌套的方法解决这个问题。

try
{
    int a = 4;
    int b = 1;
    if (b == 0)
        throw "Integer division by zero。";
    int c = a / b;

    throw 1;

}
catch (const char* e)
{
    cout << e << endl;
}
catch (const int e)
{
    cout << e << endl;
}

以上代码看起来就比较清晰了，这就是 catch 嵌套用法。

（5）C++ 标准异常

C++ 语言本身或者标准库抛出的异常都是 exception 的子类，称为 标准异常。你可以通过下面的语句来捕获所有的标准异常：

try
{

}
catch (const exception& e)
{

}

之所以使用引用，是为了提高效率。如果不使用引用，就要经历一次对象拷贝的过程。

exception 类的继承层次如下图：

image.png

先来看一下 exception 类的直接派生类：

异常名称	说 明
logic_error	逻辑错误。
runtime_error	运行时错误。
bad_alloc	使用 new 或 new[ ] 分配内存失败时抛出的异常。
bad_typeid	使用 typeid 操作一个 NULL 指针，而且该指针是带有虚函数的类，这时抛出 bad_typeid 异常。
bad_cast	使用 dynamic_cast 转换失败时抛出的异常。
ios_base::failure	io 过程中出现的异常。
bad_exception	这是个特殊的异常，如果函数的异常列表里声明了 bad_exception 异常，当函数内部抛出了异常列表中没有的异常时，如果调用的 unexpected() 函数中抛出了异常，不论什么类型，都会被替换为 bad_exception 类型。

logic_error 的派生类：

异常名称	说 明
length_error	试图生成一个超出该类型最大长度的对象时抛出该异常，例如 vector 的 resize 操作。
domain_error	参数的值域错误，主要用在数学函数中，例如使用一个负值调用只能操作非负数的函数。
out_of_range	超出有效范围。
invalid_argument	参数不合适。在标准库中，当利用string对象构造 bitset 时，而 string 中的字符不是 0 或1 的时候，抛出该异常。

runtime_error 的派生类：

异常名称	说 明
range_error	计算结果超出了有意义的值域范围。
overflow_error	算术计算上溢。
underflow_error	算术计算下溢。

[本章完...]