C++ throw 语句

C++ throw语句

throw语句是C++异常处理机制的核心组成部分，它允许程序员在检测到异常情况时主动抛出异常对象，将控制权转移给异常处理代码（catch块）。本文将从基础到高级全面讲解throw语句的用法、原理和最佳实践。

基本概念

在C++中，当程序遇到无法正常处理的错误条件时，可以通过throw语句抛出异常（throw an exception）。这个异常可以被调用栈中任意层次的try-catch块捕获并处理。

throw语句的基本语法形式：

throw expression;

其中expression可以是任意类型的对象，但通常建议使用标准异常类或自定义异常类。

基本用法示例

抛出内置类型异常

最简单的throw语句可以抛出基本类型：

#include <iostream>

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0.0) {
        throw "Division by zero!";  // 抛出const char*类型异常
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        std::cout << divide(10, 0) << std::endl;
    } catch (const char* msg) {
        std::cerr << "Error: " << msg << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Error: Division by zero!

抛出标准异常

更推荐的做法是使用标准库中的异常类：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0.0) {
        throw std::runtime_error("Division by zero!");
    }
    return a / b;
}

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

输出：

Standard exception: Division by zero!

异常传播机制

当throw语句执行时，C++运行时系统会执行以下操作： 1. 终止当前函数的执行 2. 在调用栈中向上查找匹配的catch块 3. 如果找到匹配的catch块，则执行其中的代码 4. 如果未找到，则调用std::terminate()终止程序

graph TD A[throw语句执行] --> B{当前函数有catch块?} B -->|是| C[检查是否匹配] B -->|否| D[栈展开] C -->|匹配| E[执行catch块] C -->|不匹配| D D --> F{调用栈中有try块?} F -->|是| G[检查catch块] F -->|否| H[调用terminate] G -->|匹配| E G -->|不匹配| D

高级用法

抛出类对象

可以定义专门的异常类来携带更多错误信息：

#include <iostream>
#include <string>

class MathError {
    std::string message;
    int errorCode;
public:
    MathError(const std::string& msg, int code) 
        : message(msg), errorCode(code) {}
    
    void print() const {
        std::cerr << "Error #" << errorCode << ": " << message << std::endl;
    }
};

double sqrt(double x) {
    if (x < 0) {
        throw MathError("Negative number", 1001);
    }
    // 实际平方根计算...
    return x; // 简化示例
}

int main() {
    try {
        sqrt(-1);
    } catch (const MathError& e) {
        e.print();
    }
    return 0;
}

输出：

Error #1001: Negative number

重新抛出异常

在catch块中可以使用空throw语句重新抛出当前异常：

try {
    // 可能抛出异常的代码
} catch (...) {
    // 记录错误但无法完全处理
    std::cerr << "Error logged" << std::endl;
    throw;  // 重新抛出原异常
}

异常规格说明（C++17前）

在C++17之前，可以使用异常规格说明（现已弃用）：

void func() throw(std::runtime_error) {  // 只能抛出std::runtime_error
    // 函数实现
}

现代C++推荐使用noexcept说明符代替：

void func() noexcept {  // 保证不抛出任何异常
    // 函数实现
}

最佳实践

1. 优先使用标准异常类：如std::runtime_error, std::logic_error等 2. 按值抛出，按const引用捕获：catch (const std::exception& e) 3. 避免抛出指针：可能导致内存泄漏 4. 保持异常对象轻量：异常处理不应成为性能瓶颈 5. 文档化异常行为：在函数文档中说明可能抛出的异常类型

数学公式示例

在科学计算中，throw常用于处理数学错误，如： 当计算贝塞尔函数时，参数x必须满足： $x\ge 0$ 否则应抛出异常。

性能考虑

throw语句的执行成本比普通返回语句高得多，因为需要：

• 构造异常对象
• 栈展开（stack unwinding）
• 查找匹配的catch块

仅在真正异常情况下使用throw，常规错误处理可考虑返回错误码等其他机制。

总结

throw语句是C++异常处理的基础，正确使用它可以：

• 将错误处理代码与正常逻辑分离
• 提供丰富的错误信息
• 支持跨函数调用栈的错误传播

记住黄金法则：只对异常情况使用异常，不要将异常用于常规控制流。