C++异常捕获顺序与多态解析-C++-PHP中文网

C++异常捕获遵循从具体到泛化的匹配顺序，catch块必须按派生类到基类的顺序排列，否则派生类异常会被基类处理器提前捕获，导致特化处理逻辑失效；同时应始终使用const引用捕获异常，避免对象切片，确保多态行为正确执行。

c++异常捕获顺序与多态解析

C++的异常捕获，骨子里透着一种“先到先得”的原则，但这个“先到”并非随意，它严格遵循从最具体到最泛化的匹配逻辑。简单来说，当程序抛出一个异常时，运行时会自上而下地遍历

catch

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块，找到第一个能够匹配该异常类型的处理器。而在多态语境下，这个匹配过程变得尤其微妙和强大，它允许我们用基类类型的

catch

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来捕获派生类异常，这无疑为构建灵活的错误处理体系提供了便利，但同时也引入了“异常切片”这类需要警惕的问题。

解决方案

理解C++异常捕获的核心在于其匹配机制和多态特性如何交织。一个异常被

throw

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出来后，系统会逐个检查

try

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块后的

catch

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处理器。这个检查顺序是自上而下的，一旦找到一个类型匹配的

catch

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块，就会执行它，并停止进一步的匹配。这里的“类型匹配”并非简单的相等，它包含了一种隐式的类型转换能力，特别是当涉及继承关系时。

具体而言，如果一个

catch

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块声明捕获一个基类类型的异常（例如

catch (BaseException& e)

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），那么它就有能力捕获任何从该基类派生出来的异常（例如

DerivedException

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）。这正是多态在异常处理中的体现。然而，这个过程的关键点在于，

catch

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块的声明顺序必须是“从特化到泛化”。这意味着，如果你有一个派生类异常和一个基类异常，并且你希望分别处理它们，那么捕获派生类异常的

catch

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块必须放在捕获基类异常的

catch

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块之前。否则，派生类异常会被其基类

catch

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块“提前”捕获，导致针对特定派生类异常的逻辑无法执行。

另一个需要强调的细节是，捕获异常时，通常建议使用引用（

catch (const MyException& e)

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）。如果按值捕获（

catch (MyException e)

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），在多态场景下会发生对象切片（object slicing），即派生类异常对象的特有部分会被“切掉”，只剩下基类部分，这会丢失重要的错误上下文信息。

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

C++中，

catch

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块的声明顺序为何如此关键，它如何影响异常的捕获行为？

说实话，

catch

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块的声明顺序这事儿，初看起来可能觉得没什么大不了，不就是代码排列吗？但它在C++异常处理中，重要性简直是决定性的。我个人觉得，这有点像你去银行办业务，如果你想办一个非常具体的业务（比如“办理小额贷款的提前还款”），你得先去专门的窗口。如果你直接去了“普通个人业务”窗口，可能也能办，但效率不高，而且有些具体条款可能就没法细谈了。

C++的异常捕获机制就是这样工作的：它会从

try

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块后的第一个

catch

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块开始，逐个往下尝试匹配。一旦找到一个类型兼容的

catch

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块，就会立即执行该块，然后异常处理过程就结束了。这个“类型兼容”包括了继承关系。

想象一下这个场景：你定义了一个

NetworkError

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基类，然后派生出了

ConnectionTimeoutError

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和

AuthenticationError

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。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

// 基类异常
class NetworkError : public std::runtime_error {
public:
    NetworkError(const std::string& msg) : std::runtime_error(msg) {}
    virtual void log_error() const {
        std::cerr << "Logged NetworkError: " << what() << std::endl;
    }
};

// 派生类异常：连接超时
class ConnectionTimeoutError : public NetworkError {
public:
    ConnectionTimeoutError(const std::string& msg) : NetworkError(msg) {}
    void log_error() const override {
        std::cerr << "Logged ConnectionTimeoutError: " << what() << " (Consider increasing timeout)" << std::endl;
    }
};

// 派生类异常：认证失败
class AuthenticationError : public NetworkError {
public:
    AuthenticationError(const std::string& msg) : NetworkError(msg) {}
    void log_error() const override {
        std::cerr << "Logged AuthenticationError: " << what() << " (Check credentials)" << std::endl;
    }
};

void simulate_network_call(int type) {
    if (type == 1) {
        throw ConnectionTimeoutError("Connection timed out after 10s.");
    } else if (type == 2) {
        throw AuthenticationError("Invalid username or password.");
    } else if (type == 3) {
        throw NetworkError("Generic network issue occurred.");
    } else {
        throw std::runtime_error("Unknown error.");
    }
}

int main() {
    // 错误顺序的捕获
    std::cout << "--- 错误顺序示例 ---" << std::endl;
    try {
        simulate_network_call(1); // 抛出 ConnectionTimeoutError
    } catch (const NetworkError& e) { // 基类捕获块在前面
        std::cerr << "Caught by generic NetworkError handler: ";
        e.log_error(); // 这里调用的是 NetworkError::log_error()，因为静态类型是 NetworkError
    } catch (const ConnectionTimeoutError& e) { // 永不会被执行到
        std::cerr << "Caught by specific ConnectionTimeoutError handler: ";
        e.log_error();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught by std::exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    std::cout << "\n--- 正确顺序示例 ---" << std::endl;
    try {
        simulate_network_call(1); // 抛出 ConnectionTimeoutError
    } catch (const ConnectionTimeoutError& e) { // 特化捕获块在前面
        std::cerr << "Caught by specific ConnectionTimeoutError handler: ";
        e.log_error(); // 这里调用的是 ConnectionTimeoutError::log_error()
    } catch (const AuthenticationError& e) {
        std::cerr << "Caught by specific AuthenticationError handler: ";
        e.log_error();
    } catch (const NetworkError& e) { // 泛化捕获块在后面
        std::cerr << "Caught by generic NetworkError handler: ";
        e.log_error();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Caught by std::exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

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在“错误顺序示例”中，当

ConnectionTimeoutError

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被抛出时，它首先遇到了

catch (const NetworkError& e)

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。因为

ConnectionTimeoutError

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是

NetworkError

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的派生类，这个

catch

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块是兼容的，于是它就被捕获了。结果就是，原本为

ConnectionTimeoutError

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设计的更具体的处理逻辑（比如“考虑增加超时时间”）根本没机会执行。这不仅让你的代码逻辑变得混乱，还可能导致关键的错误诊断信息被忽略。

反之，“正确顺序示例”则遵循了从特化到泛化的原则。

ConnectionTimeoutError

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首先尝试匹配

catch (const ConnectionTimeoutError& e)

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，成功匹配并执行其特有逻辑。这保证了最精确的错误处理得以实施。所以，

catch

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块的顺序绝非小事，它直接决定了异常处理的精度和正确性。

在C++异常处理中，多态性是如何体现的？理解基类和派生类异常捕获的机制

多态性在C++异常处理中扮演的角色，我个人觉得，是其强大和灵活性的一个核心体现。它允许我们构建一个异常的层次结构，就像我们设计普通类那样。这意味着我们可以有一个通用的

BaseException

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，然后从它派生出各种更具体的

DerivedException

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。当一个

DerivedException

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被抛出时，它不仅能被

catch (const DerivedException& e)

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捕获，也能被

catch (const BaseException&amp; e)

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捕获。

这背后的机制其实和普通的多态函数调用有些类似。当一个异常被

throw

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时，实际上是创建了一个异常对象。这个对象的“运行时类型”是它实际的派生类类型。当运行时系统遍历

catch

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块寻找匹配项时，它会检查每个

catch

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块声明的类型是否能“接受”这个被抛出的异常对象。如果

catch

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块声明的是基类类型（例如

BaseException

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），而抛出的是派生类类型（例如

DerivedException

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），那么因为派生类对象“is-a”基类对象，这个匹配是成功的。

关键点在于捕获方式：

按引用捕获 (
```
catch (const BaseException&amp; e)
```
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)：这是最推荐的方式。当
```
DerivedException
```
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被抛出并被
```
catch (const BaseException&amp; e)
```
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捕获时，
```
e
```
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实际上是一个
```
const BaseException&
```
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引用，它引用着那个实际类型为
```
DerivedException
```
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的异常对象。这意味着你可以通过这个基类引用调用虚函数（如果你的异常类有虚函数的话），从而实现运行时多态行为。比如，在上面的例子中，
```
e.log_error()
```
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会根据实际的异常类型调用对应的
```
log_error
```
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版本。这完美地保留了异常对象的完整信息，避免了切片。
按值捕获 (
```
catch (BaseException e)
```
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)： 强烈不推荐！ 当
```
DerivedException
```
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被抛出并被
```
catch (BaseException e)
```
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捕获时，会发生对象切片。这意味着
```
DerivedException
```
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对象会被复制到
```
BaseException e
```
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中，但复制过程中，
```
DerivedException
```
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特有的数据成员和虚函数表指针会被“切掉”，只剩下
```
BaseException
```
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部分的成员。你将丢失所有派生类特有的信息和行为，这通常会导致诊断困难。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

// 基类异常
class BaseError : public std::runtime_error {
public:
    BaseError(const std::string& msg) : std::runtime_error(msg) {}
    virtual void print_details() const {
        std::cerr << "Base Error: " << what() << std::endl;
    }
};

// 派生类异常
class SpecificError : public BaseError {
public:
    SpecificError(const std::string& msg, int code) : BaseError(msg), error_code_(code) {}
    void print_details() const override {
        std::cerr << "Specific Error: " << what() << ", Code: " << error_code_ << std::endl;
    }
private:
    int error_code_;
};

void throw_specific_error() {
    throw SpecificError("Something went wrong specifically.", 101);
}

int main() {
    std::cout << "--- 捕获派生类异常作为基类引用 ---" << std::endl;
    try {
        throw_specific_error();
    } catch (const BaseError& e) { // 捕获基类引用
        std::cerr << "Caught by BaseError reference: ";
        e.print_details(); // 调用 SpecificError 的 print_details()
    }

    std::cout << "\n--- 捕获派生类异常作为基类值 (Slicing) ---" << std::endl;
    try {
        throw_specific_error();
    } catch (BaseError e) { // 捕获基类值，发生切片
        std::cerr << "Caught by BaseError value (slicing): ";
        e.print_details(); // 仅调用 BaseError 的 print_details()
    }

    return 0;
}

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通过这个例子，我们清楚地看到，按引用捕获时，即使

catch

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块声明的是基类类型，我们依然能通过虚函数机制访问到派生类的具体行为。而按值捕获则会丢失这些信息，这在实际项目中是需要极力避免的陷阱。多态性让异常处理变得优雅，但也要求我们理解其背后的机制，才能正确利用。

设计C++异常类层次结构时，有哪些常见陷阱和推荐的最佳实践？

在我看来，设计异常类层次结构，就像是在为程序的各种错误情境构建一个分类体系。一个好的体系能让你高效地识别和处理问题，而一个糟糕的设计则可能让你在错误面前手足无措。这里面确实有不少坑，也有一些我个人觉得很实用的最佳实践。

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常见陷阱：

对象切片 (Object Slicing) 的忽视： 这是最常见的陷阱，上面也提到了。如果你
```
catch (MyBaseException e)
```
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，而不是
```
catch (const MyBaseException& e)
```
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，那么当一个
```
MyDerivedException
```
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被抛出时，它在被捕获时会被“切片”，丢失所有
```
MyDerivedException
```
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特有的信息。这就像你把一个完整的蛋糕放进一个只能装一半的盒子，另一半就没了。切记，永远通过引用（最好是
```
const
```
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引用）来捕获异常。
```
catch (...)
```
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的滥用：
```
catch (...)
```
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是一个万能捕获器，能捕获任何类型的异常。它非常有用，通常作为最外层或最后的防御机制，确保程序不会因为未处理的异常而崩溃。但是，如果过多或不加区分地使用它，你会丢失所有关于异常类型和具体错误的信息，让调试变得异常困难。它应该被视为一个“最后的手段”，而不是常规的错误处理方式。
抛出指针而不是对象： 有些人可能会
```
throw new MyException("error message");
```
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。这几乎总是一个坏主意。谁来
```
delete
```
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这个指针？如果异常被捕获，然后又重新抛出，或者被其他
```
catch
```
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块处理，
```
delete
```
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的责任变得模糊不清，极易导致内存泄漏。C++异常机制设计就是为了抛出值类型，系统会负责异常对象的生命周期管理。所以，请
```
throw MyException("error message");
```
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。
异常层次结构过于扁平或过于复杂：
- 过于扁平： 如果你所有的异常都直接继承自
```
std::exception
```
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  ，或者只有一两个基类，那么你可能无法细粒度地捕获和处理特定类型的错误。
- 过于复杂： 如果你的异常继承链太长，或者设计了太多不必要的中间抽象层，反而会增加理解和使用的难度。保持适度，通常三到四层继承就足够了。
异常信息不足： 一个异常如果只告诉你“出错了”，那它几乎是没用的。好的异常应该包含足够的信息，比如错误消息、错误码、触发异常的文件名和行号、甚至相关的上下文数据。

推荐的最佳实践：

构建有意义的异常层次结构： 像
```
std::exception
```
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那样，设计一个从通用到特化的层次结构。例如：
- ```
ApplicationError
```
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  (基类)
  - ```
  FileError
```
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  - FileNotFoundError
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  - FilePermissionError
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- ```
NetworkError
```
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    - ConnectionError
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    - TimeoutError
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  - ```
  LogicError
```
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  - InvalidArgumentError
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  - InvalidStateError
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    这样的结构允许你在不同粒度上捕获和处理错误。
总是通过
```
const
```
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引用捕获异常：
```
catch (const MyException& e)
```
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。这不仅避免了切片，还避免了不必要的拷贝，提升了效率。
```
const
```
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也表明你不会在
```
catch
```
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块中修改异常对象。
异常类继承自
```
std::exception
```
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：让你的所有自定义异常都直接或间接继承自
```
std::exception
```
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。这使得它们可以被
```
catch (const std::exception& e)
```
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统一捕获，并能利用
```
what()
```
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方法获取描述信息。

提供丰富且有用的异常信息： 确保你的异常类构造函数能够接受并存储足够的信息，以便在捕获时能够进行有效的诊断。重写

what()

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方法以提供清晰的错误描述。

class MyCustomError : public std::runtime_error {
public:
    MyCustomError(const std::string& msg, int code = 0, const std::string& context = "")
        : std::runtime_error(msg), error_code_(code), context_info_(context) {}

    const char* what() const noexcept override {
        // 可以在这里组合更详细的信息
        // 实际应用中可能需要更复杂的字符串构建
        return std::runtime_error::what();
    }

    int get_error_code() const { return error_code_; }
    const std::string& get_context_info() const { return context_info_; }

private:
    int error_code_;
    std::string context_info_;
};

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利用RAII实现异常安全： 资源获取即初始化（RAII）是C++中实现异常安全代码的基石。确保所有资源（内存、文件句柄、锁等）都通过对象进行管理，这些对象在其构造函数中获取资源，并在析构函数中释放资源。这样，即使在异常抛出时，资源也能被正确清理。
```
noexcept
```
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的合理使用： 对于那些保证不会抛出异常的函数，使用
```
noexcept
```
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关键字。这不仅可以作为一种契约声明，还能让编译器进行优化。但切记，如果一个标记为
```
noexcept
```
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的函数确实抛出了异常，程序会直接终止（调用
```
std::terminate
```
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），而不是进行正常的异常处理。所以，只在真正确定不会抛出异常的地方使用它。
避免在异常析构函数中抛出异常： 这是一个非常危险的行为。如果一个异常在栈展开过程中被抛出，而此时某个析构函数又抛出了另一个异常，程序会立即终止。析构函数应该总是
```
noexcept
```
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。