解锁C++异常秘籍：自定义类与安全保障全解析

一、C++ 异常处理初印象

二、探索 C++ 标准异常类

三、自定义异常类的构建与应用

3.1 自定义异常类的必要性

3.2 自定义异常类的实现步骤

3.3 实际应用场景

四、异常安全保证：守护代码的坚固防线

4.1 异常安全的重要性

4.2 异常安全的三个级别

4.3 实现异常安全的策略与技巧

五、总结与展望

一、C++ 异常处理初印象

在 C++ 编程的世界里，我们常常会遇到各种意外情况，比如除零错误、内存分配失败、数组越界等。这些运行时错误如果不妥善处理，可能会导致程序崩溃，给用户带来糟糕的体验。为了应对这些问题，C++ 引入了异常处理机制。

C++ 的异常处理主要通过try、catch和throw这三个关键字来实现。try块用于包含可能会抛出异常的代码，就像是一个 “安全区”，在这个区域内执行的代码如果遇到问题，就会抛出异常。catch块则用于捕获并处理这些异常，它就像是一个 “异常捕捉器”，专门等待捕获从try块中抛出的异常，并执行相应的处理逻辑。而throw关键字则用于抛出异常，当程序遇到错误情况时，通过throw来通知调用者发生了异常，并传递异常信息。

例如，下面这段简单的代码演示了基本的异常处理：

#include <iostream>int main() {int numerator = 10;int denominator = 0;try {if (denominator == 0) {throw "除数不能为零";}int result = numerator / denominator;std::cout << "结果是: " << result << std::endl;} catch (const char* msg) {std::cerr << "捕获到异常: " << msg << std::endl;}return 0;}

在这个例子中，我们在try块中进行除法运算，如果发现除数为零，就使用throw抛出一个字符串类型的异常。catch块捕获到这个异常，并输出相应的错误信息。这样，即使程序遇到了除零错误，也不会直接崩溃，而是能够优雅地处理这个异常情况。

不过，在实际应用中，仅仅使用基本的异常处理机制是不够的。对于复杂的程序，我们往往需要自定义异常类，以便更精确地处理各种不同类型的异常，同时确保程序的异常安全性。这就是我们接下来要深入探讨的内容。

二、探索 C++ 标准异常类

在深入了解自定义异常类之前，先来熟悉一下 C++ 标准库中已经提供的异常类。C++ 标准库定义了一系列的异常类，它们形成了一个层次结构，std::exception是所有标准异常类的基类。

std::exception类提供了一个虚函数what()，用于返回一个描述异常的字符串。这个基类为所有标准异常提供了一个统一的接口，方便我们在捕获异常时获取异常信息。

从std::exception派生出来的子类有很多，其中一些常见的包括：

std::runtime_error：用于表示运行时错误，这类错误在程序运行时才能检测到，例如除零错误、无效的参数值等。它有多个重要的子类，如std::overflow_error（表示算术运算上溢）和std::underflow_error（表示算术运算下溢）。在进行数值计算时，如果计算结果超出了数据类型所能表示的范围，就可以抛出std::overflow_error或std::underflow_error异常。比如：

#include <iostream>#include <stdexcept>int main() {try {int a = 2147483647; // 这是int类型的最大值int b = 1;int result = a + b; // 这里会发生上溢std::cout << "结果是: " << result << std::endl;} catch (const std::overflow_error& e) {std::cerr << "捕获到上溢异常: " << e.what() << std::endl;}return 0;}

std::logic_error：用于表示逻辑错误，这类错误是在程序逻辑设计上的问题，理论上在编译时就可以避免。例如std::invalid_argument（表示无效参数），当函数接收到一个不符合预期的参数时，可以抛出这个异常。比如一个函数要求传入的参数必须是正数，如果传入了负数，就可以抛出std::invalid_argument异常：

#include <iostream>#include <stdexcept>void calculate(int num) {if (num <= 0) {throw std::invalid_argument("参数必须是正数");}// 正常计算逻辑std::cout << "计算结果是: " << num * 2 << std::endl;}int main() {try {calculate(-1);} catch (const std::invalid_argument& e) {std::cerr << "捕获到无效参数异常: " << e.what() << std::endl;}return 0;}

std::bad_alloc：当new操作符无法分配足够的内存时，会抛出这个异常。在进行动态内存分配时，比如创建一个大型数组或对象时，如果内存不足，就会触发std::bad_alloc异常：

#include <iostream>#include <stdexcept>int main() {try {int* largeArray = new int[1000000000]; // 尝试分配大量内存，可能会失败} catch (const std::bad_alloc& e) {