跳转至

Exception

OOP - Exception

栈展开

当异常被 throw 抛出，且在当前作用域没有找到匹配的 catch 块时，程序会退出当前作用域，去调用者的作用域中寻找 catch。在这个层层退出的过程中，局部非静态对象的析构函数会被自动调用，释放它们占用的资源。这个过程就叫做栈展开

栈展开机制完美契合了 RAII 和智能指针。如果发生异常，函数提前终止，智能指针依然会随着栈展开被析构，从而保证内存不泄漏。如果是裸指针（new 出去还没 delete），就会发生内存泄漏

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
exception (基类，定义在 <exception>)
├── logic_error (逻辑错误，程序代码本身的 bug，理论上在运行前就可以发现)
│   ├── domain_error      // 定义域错误
│   ├── invalid_argument  // 无效参数
│   ├── length_error      // 长度超出范围
│   ├── out_of_range      // 超出范围（如 vector::at）
│   └── future_error      // 异步操作错误
├── runtime_error (运行时错误，只有在程序运行时才能检测到的错误)
│   ├── range_error       // 范围错误
│   ├── overflow_error    // 算术上溢
│   ├── underflow_error   // 算术下溢
│   └── system_error      // 系统调用错误
└── bad_alloc             // new 失败（<new>）
    bad_cast               // dynamic_cast 失败（<typeinfo>）
    bad_typeid             // typeid 失败
    bad_exception          // 意外异常处理

析构函数可以抛出异常吗

不能（C++11 起，析构函数默认自带 noexcept 属性）

如果在栈展开的过程中（此时正处于处理之前的那个异常的过程中），被析构的对象的析构函数又抛出了一个新的异常，C++ 运行时将不知道该处理哪一个异常，会导致调用 std::terminate()，立刻让程序崩溃结束

构造函数可以抛出异常吗

可以，而且推荐在初始化失败时这样做

构造函数没有返回值，无法通过返回错误码来告知调用方“对象创建失败”。抛出异常是中断构造并报错的最佳方式

如果构造函数在执行了一半时抛出异常，这个对象本身就不会被视为完全构造好，因此它的析构函数永远不会被调用。但是，在抛出异常之前已经构造好的成员变量（如已经初始化的智能指针等）会正常执行栈展开被析构

为什么 catch 异常时强烈建议使用“常量引用 (const T&)”

1
2
3
4
5
// 反面教材：按值捕获
catch (std::exception e) { cout << e.what(); } 

// 正确做法：按常量引用捕获
catch (const std::exception& e) { cout << e.what(); }

如果你抛出了一个子类异常（比如 std::out_of_range），但是你用基类 std::exception 按值捕获。此时发生拷贝构造，子类对象特有的部分会被“切掉（Object Slicing）”，导致调用的 what() 变成基类的版本，而非子类重载的版本（多态失效）

使用引用捕获可以避免拷贝开销，并且能够正确地发生运行时的多态调用

C++11 关键字 noexcept 的作用是什么

告诉编译器这个函数保证不会抛出异常

一旦违反承诺（抛出了异常并且逃逸出了该函数），程序会直接调用 std::terminate() 暴力崩溃，连 catch 的机会都不给

性能优化的核心价值：特别是对于移动构造函数 (Move Constructor) 和移动赋值运算符。标准库容器（如 std::vector）在扩容的时候，如果元素的移动构造函数被标记为 noexcept，vector 就会放心地将老元素 “移动” 到新内存空间；如果没有标记，为了保证“强异常安全性”，vector 会退化回去使用 “拷贝” 构造来搬运元素（因为拷贝如果发生异常，老数据还健在；而移动一半发生异常，老数据已经被破坏了）

异常安全的三个等级

评价一个函数在发生异常时，对程序状态的破坏程度：

  1. 基本保证 (Basic Guarantee)：如果发生异常，程序内部没有资源泄漏（靠 RAII），对象处于有效的但未知的状态
  2. 强保证 (Strong Guarantee)：如果发生异常，程序状态回滚（Rollback） 到调用该函数之前的状态。常见的做法是 "Copy and Swap" (拷贝并交换) 惯用法
  3. 不抛异常保证 (Nothrow Guarantee)：函数承诺绝不抛出异常。基本数据类型的操作、指针操作一般都具有此保证（对应 noexcept）

重新抛出异常（Re-throwing）

如果在一个 catch 块中只想记录日志，然后把异常原封不动传给更上层处理，应该只写 throw;

1
2
3
4
5
catch (const std::exception& e) {
    log_error(e.what());
    throw;   // 正确：原样传出，保留原始异常类型
    // throw e; // 错误：会抛出新拷贝的异常（且若原本是子类，此时会被“切割”成捕获的基类）
}

评论区

欢迎在评论区指出文档错误，为文档提供宝贵意见，或写下你的疑问