C++ 异常处理最佳实践

C++异常处理最佳实践

介绍

异常处理是C++中用于管理程序运行时错误的一种机制，它允许开发者将错误处理代码与正常业务逻辑分离，从而提高代码的可读性和可维护性。C++通过try、catch和throw关键字实现异常处理。本章将介绍异常处理的基本原理、最佳实践以及实际应用场景。

基本语法

C++异常处理的核心结构如下：

try {
    // 可能抛出异常的代码
    throw SomeException("Error message");
} catch (const SomeException& ex) {
    // 处理特定异常
    std::cerr << ex.what() << std::endl;
} catch (...) {
    // 捕获所有未处理的异常
    std::cerr << "Unknown exception occurred" << std::endl;
}

示例：除零错误处理

以下代码演示如何捕获除零异常：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

double divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::invalid_argument("Division by zero!");
    }
    return static_cast<double>(a) / b;
}

int main() {
    try {
        std::cout << divide(10, 0) << std::endl;
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "Error: " << ex.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Error: Division by zero!

最佳实践

1. 优先使用标准异常

C++标准库提供了一系列预定义异常（如std::runtime_error、std::invalid_argument），应优先使用它们而非自定义异常。

2. 避免捕获所有异常（catch(...)）

除非必要，否则避免使用catch(...)，因为它会隐藏未预期的错误。若必须使用，确保记录异常信息：

catch (...) {
    std::cerr << "Unexpected error occurred" << std::endl;
    throw; // 重新抛出异常
}

3. 异常安全保证

函数应提供以下三种异常安全保证之一：

• 基本保证：程序状态保持一致，无资源泄漏。
• 强保证：操作要么完全成功，要么回滚到初始状态。
• 不抛保证：函数承诺不抛出任何异常（用noexcept标记）。

4. 资源管理（RAII）

使用资源获取即初始化（RAII）技术管理资源（如文件、内存），确保异常发生时资源被正确释放。例如：

#include <fstream>
#include <iostream>

void writeToFile(const std::string& filename) {
    std::ofstream file(filename);
    if (!file) {
        throw std::runtime_error("Failed to open file");
    }
    file << "Data"; // 若抛出异常，file的析构函数会自动关闭文件
}

实际案例：文件处理

以下是一个结合RAII和异常处理的文件读取示例：

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

std::vector<std::string> readLines(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);
    if (!file) {
        throw std::runtime_error("Cannot open file: " + filename);
    }

    std::vector<std::string> lines;
    std::string line;
    while (std::getline(file, line)) {
        lines.push_back(line);
    }

    if (file.bad()) {
        throw std::runtime_error("Error while reading file");
    }
    return lines;
}

int main() {
    try {
        auto lines = readLines("example.txt");
        for (const auto& line : lines) {
            std::cout << line << std::endl;
        }
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "File error: " << ex.what() << std::endl;
    }
}

异常处理流程图

graph TD A[开始] --> B{可能抛出异常的代码} B -->|无异常| C[正常执行] B -->|抛出异常| D[匹配catch块] D --> E[异常处理] E --> F[继续执行或终止]

数学公式示例

若异常处理涉及概率计算（如错误率），可使用公式表示： $P(\text{error})=\frac{\text{异常次数}}{\text{总操作次数}}$

总结

• 使用标准异常类型以提高代码可移植性。
• 遵循RAII原则管理资源。
• 明确函数的异常安全保证级别。
• 在实际场景中（如文件I/O、网络请求）结合异常处理与日志记录。

通过以上实践，可以编写出健壮且易于维护的C++代码。