C++如何使用throw表达式传递异常-C++-PHP中文网

C++中throw表达式应优先抛出继承自std::exception的类对象，因其支持多态和丰富错误信息；通过try-catch按引用捕获异常，遵循具体到通用的顺序，并利用RAII确保资源安全，虽异常抛出时有性能开销，但无异常时不影响性能。

c++如何使用throw表达式传递异常

在C++中，

throw

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表达式是触发异常机制的核心，它的作用是信号化程序运行时遇到了一个无法按正常逻辑处理的错误或异常情况。当

throw

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被执行时，它会创建一个临时的异常对象，并立即中断当前的代码执行流程，将控制权转移给最近的、能够处理这种类型异常的

catch

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块。

解决方案

throw

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表达式的语法直接了当：

throw expression;

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。这里的

expression

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可以是任何类型的值，从简单的整数、字符串字面量，到自定义的类对象。但从工程实践和代码可维护性的角度看，我们通常倾向于抛出能够携带更多上下文信息的类对象，尤其是那些继承自

std::exception

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的类型。

当你执行

throw

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时，C++运行时系统会开始“栈展开”（stack unwinding）过程。这意味着它会从当前函数开始，逐层向上遍历调用栈，销毁沿途栈帧上的局部对象（通过调用它们的析构函数），直到找到一个匹配的

catch

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块。一旦找到，控制权就会转移到那个

catch

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块，程序可以尝试恢复或优雅地终止。

例如，一个最简单的

throw

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可能看起来是这样：

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#include <iostream>
#include <stdexcept> // 包含std::runtime_error

void mightFail(int value) {
    if (value < 0) {
        // 抛出一个std::runtime_error对象，携带错误信息
        throw std::runtime_error(&quot;输入值不能为负数！&quot;);
    }
    std::cout << &quot;处理值: &quot; << value << std::endl;
}

int main() {
    try {
        mightFail(10);
        mightFail(-5); // 这里会抛出异常
        mightFail(20); // 这行代码将不会被执行
    } catch (const std::runtime_error&amp; e) {
        // 捕获std::runtime_error及其派生类
        std::cerr << &quot;捕获到运行时错误: &quot; << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        // 捕获所有其他类型的异常（通用捕获）
        std::cerr << &quot;捕获到未知异常。&quot; << std::endl;
    }
    std::cout << &quot;程序继续执行。&quot; << std::endl;
    return 0;
}

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在这个例子中，当

mightFail(-5)

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被调用时，

throw std::runtime_error(...)

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会立即执行，中断

mightFail

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函数的执行，并开始栈展开。

main

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函数中的

catch (const std::runtime_error&amp; e)

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会捕获到这个异常，并打印错误信息。

C++中，throw表达式抛出什么类型的异常对象最为恰当？

在C++中，选择

throw

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表达式抛出的异常类型，这可不是小事，它直接关系到你异常处理机制的健壮性和可维护性。我的经验是，我们应该始终优先抛出对象，而不是基本数据类型，并且，最好是继承自
std::exception
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的类对象。

为什么是对象？很简单，对象能承载更多信息。一个

throw &quot;Error!&quot;

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虽然能表示有错，但这个字符串除了字面意思，啥也提供不了。但如果你抛出一个自定义的异常类，或者

std::runtime_error

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，它就能带上错误码、发生错误的函数名、甚至是导致错误的数据状态等，这些对调试和错误恢复至关重要。

而选择

std::exception

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的派生类，则是一个标准化的选择。

std::exception

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提供了一个统一的接口，特别是

what()

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方法，它返回一个描述异常的C风格字符串。这意味着你的

catch

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块可以统一地捕获

std::exception

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的基类，然后调用

e.what()

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来获取错误描述，无论底层抛出的是

std::runtime_error

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、

std::logic_error

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还是你自己的

MyCustomError

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。这种多态性让异常处理代码更加简洁和通用。

当然，如果你需要更具体的信息，可以自定义异常类：

#include <string>
#include <stdexcept>

class FileOperationError : public std::runtime_error {
public:
    std::string filename;
    int errorCode;

    FileOperationError(const std::string&amp; msg, const std::string&amp; file, int code)
        : std::runtime_error(msg), filename(file), errorCode(code) {}

    // 可以选择覆盖what()方法，提供更详细的描述
    const char* what() const noexcept override {
        // 这是一个简化版本，实际可能需要更复杂的字符串拼接
        // 但这里我们展示如何利用基类的what()并添加额外信息
        static std::string fullMsg;
        fullMsg = std::runtime_error::what();
        fullMsg += &quot; (File: &quot; + filename + &quot;, Code: &quot; + std::to_string(errorCode) + &quot;)&quot;;
        return fullMsg.c_str();
    }
};

void readFile(const std::string&amp; path) {
    // 模拟文件不存在的错误
    if (path == &quot;non_existent.txt&quot;) {
        throw FileOperationError(&quot;文件无法打开&quot;, path, 404);
    }
    // 正常处理文件...
    std::cout << &quot;文件 &quot; << path << &quot; 已成功读取。&quot; << std::endl;
}

int main() {
    try {
        readFile(&quot;data.txt&quot;);
        readFile(&quot;non_existent.txt&quot;);
    } catch (const FileOperationError&amp; e) {
        std::cerr << &quot;文件操作错误: &quot; << e.what() << std::endl;
        std::cerr << &quot;文件名: &quot; << e.filename << &quot;, 错误码: &quot; << e.errorCode << std::endl;
    } catch (const std::exception&amp; e) {
        std::cerr << &quot;捕获到标准异常: &quot; << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

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这样，你的

catch

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块就能根据需要，捕获特定类型的异常来获取详细信息，或者捕获基类来做通用处理。这是优雅且强大的异常设计。

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在C++异常处理中，如何有效捕获并处理throw抛出的异常？

捕获

throw

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抛出的异常，核心在于

try-catch

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块的正确使用。这不仅仅是语法上的问题，更关乎到异常处理的策略和程序的稳定性。

首先，

catch

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块的声明至关重要。我们应该总是通过引用（
&
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）来捕获异常，最好是常量引用（
const &
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）。

```
catch (ExceptionType e)
```
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：按值捕获。这会导致异常对象的拷贝，如果异常对象很大，会带来性能开销。更重要的是，如果异常对象是多态的（比如你抛出了
```
FileOperationError
```
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，但
```
catch
```
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的是
```
std::exception
```
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），按值捕获会导致“对象切片”（object slicing），丢失派生类特有的信息。
```
catch (const ExceptionType& e)
```
登录后复制
：按常量引用捕获。这是最佳实践。它避免了拷贝，保留了多态性，并且明确表示你不会修改异常对象。

其次，

catch

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块的顺序也很讲究。当一个异常被抛出时，系统会按

catch

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块的声明顺序从上到下查找匹配的处理器。因此，更具体的异常类型应该放在更通用的异常类型之前。如果你把

catch (const std::exception& e)

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放在

catch (const FileOperationError& e)

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之前，那么所有的

FileOperationError

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都会被

std::exception

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的处理器捕获，导致你无法处理特定类型的错误。

// 错误的catch顺序示例
try {
    // ... 可能会抛出 FileOperationError
} catch (const std::exception& e) { // 会先捕获所有std::exception及其派生类
    std::cerr << "通用错误: " << e.what() << std::endl;
} catch (const FileOperationError& e) { // 永远不会被执行到
    std::cerr << "文件操作错误: " << e.what() << std::endl;
}

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正确的顺序应该是：

try {
    // ... 可能会抛出 FileOperationError
} catch (const FileOperationError& e) { // 先捕获最具体的
    std::cerr << "文件操作错误: " << e.what() << std::endl;
    // 这里可以访问 e.filename, e.errorCode 等具体信息
} catch (const std::runtime_error&amp; e) { // 其次捕获稍微通用一些的运行时错误
    std::cerr << "运行时错误: " << e.what() << std::endl;
} catch (const std::exception& e) { // 最后捕获所有标准异常
    std::cerr << "标准异常: " << e.what() << std::endl;
} catch (...) { // 终极捕获，处理所有未知异常
    std::cerr << "未知异常被捕获。" << std::endl;
    // 通常用于日志记录或程序终止前的清理
}

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catch (...)

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是一个通用的捕获器，它能捕获任何类型的异常。虽然它很强大，但因为你无法获取异常对象的任何信息，所以应该谨慎使用，通常作为最后的防线，用于记录日志或在程序终止前进行一些清理工作。

最后，一个重要的概念是重新抛出（rethrowing）。在

catch

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块内部，如果你只是简单地写

throw;

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（不带任何表达式），它会重新抛出当前捕获的异常对象。这对于异常的逐层处理非常有用，例如，一个底层库函数捕获了异常并记录了日志，然后重新抛出，让上层应用决定如何处理。重要的是，

throw;

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会重新抛出原始异常对象，包括其原始类型和所有信息，而不是创建一个新的异常对象。

C++异常处理机制对程序性能和资源管理有何影响？

C++的异常处理机制，在我看来，是一把双刃剑。它在提升代码健壮性和可读性方面有巨大潜力，但如果使用不当，也可能对性能和资源管理造成困扰。

性能方面：很多人对C++异常处理的性能有所顾虑，认为它会带来显著开销。但现代C++编译器，特别是GCC和Clang，在实现异常处理时，大多采用了所谓的“零成本异常”（zero-cost exceptions）模型。这意味着：

当没有异常抛出时，
try-catch
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块几乎没有性能开销。编译器通常通过生成额外的元数据（而不是运行时代码）来描述可能抛出异常的区域和对应的
```
catch
```
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块位置。只有在异常真正发生时，这些元数据才会被用来查找异常处理器。
当异常被抛出时，开销是显著的。 栈展开过程需要遍历调用栈，销毁沿途的局部对象，查找匹配的
```
catch
```
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块。这个过程涉及复杂的运行时机制，包括查找表、函数调用等，确实比正常的函数返回要慢得多。

所以，我的观点是，异常应该用于真正的异常情况，即那些不经常发生、且无法通过正常逻辑处理的错误。它不应该被滥用作常规的控制流机制。例如，用异常来表示用户输入不合法，这通常是不明智的，因为用户输入不合法可能很常见，而更适合的方案是返回一个错误码或者布尔值。

资源管理方面：这是异常处理机制真正闪光的地方，也是C++独有的强大特性——RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）。当一个异常被抛出并开始栈展开时，它会跳过正常的函数返回路径。如果函数内部在分配了资源（如内存、文件句柄、锁）后，没有及时释放就发生了异常，这些资源就会泄漏。 RAII正是为了解决这个问题而生。它的核心思想是：

资源在对象构造时获取。
资源在对象析构时释放。
局部对象的析构函数在栈展开时总是会被调用。

这意味着，无论函数是正常返回还是因为异常而退出，所有在栈上创建的局部对象都会被正确地销毁，从而保证它们所管理的资源得到释放。例如，

std::unique_ptr

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、

std::shared_ptr

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用于管理动态内存，

std::lock_guard

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、

std::unique_lock

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用于管理互斥锁，

std::fstream

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用于管理文件句柄。这些都是RAII的典型应用。

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <memory> // for std::unique_ptr
#include <mutex>  // for std::lock_guard

std::mutex global_mutex;

void processData(const std::string& filename) {
    // 使用RAII管理文件句柄
    std::ifstream file(filename);
    if (!file.is_open()) {
        throw std::runtime_error("无法打开文件: " + filename);
    }

    // 使用RAII管理互斥锁
    std::lock_guard<std::mutex> lock(global_mutex); // 锁在lock_guard构造时获取，析构时释放

    // 模拟一些可能抛出异常的操作
    std::unique_ptr<int> data = std::make_unique<int>(42); // 内存由unique_ptr管理

    if (filename == "error.txt") {
        throw std::logic_error("模拟处理错误"); // 抛出异常
    }

    std::cout << "成功处理文件: " << filename << std::endl;
    // 文件、锁、内存都会在函数结束或异常发生时自动释放
}

int main() {
    try {
        processData("data.txt");
        processData("error.txt"); // 这里会抛出异常
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "捕获到异常: " << e.what() << std::endl;
    }
    std::cout << "程序继续执行，资源已妥善管理。" << std::endl;
    return 0;
}

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在这个例子中，即使