C++異常處理詳情 - 錯誤碼,拋出異常,緩存,數據倉庫,大數據,yyds乾貨盤點阿森CTO 博客

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C++異常處理：底層邏輯、實操方法與實戰技巧

一、背景知識

1.1 C語言的錯誤處理侷限

C語言處理錯誤的核心方式僅有兩種，且都存在顯著短板：

直接終止程序：像assert斷言這類方式，一旦檢測到非法條件（比如數組越界、空指針訪問）就直接終止程序。這種方式對用户極不友好，比如僅因一個參數錯誤就導致整個應用崩潰，完全沒有容錯空間。
返回錯誤碼：多數C語言庫會將錯誤信息存入全局變量errno，但單一錯誤碼無法精準描述問題場景——比如同樣是errno=2，可能是文件不存在，也可能是路徑錯誤，排查時需要額外加大量日誌才能定位問題。

1.2 C++異常的核心邏輯

異常是C++針對C語言錯誤處理痛點設計的靈活機制：當函數遇到自身無法解決的錯誤時，可主動拋出異常，由調用鏈中更上層的函數處理。它的核心依賴三個關鍵字：

throw：函數遇到無法處理的錯誤時，用該關鍵字拋出具體的錯誤信息（支持任意類型）。
catch：捕獲throw拋出的異常，根據異常類型做針對性處理，可搭配多個catch處理不同類型異常。
try：必須包裹可能拋出異常的代碼塊，且需與catch配套使用，throw只能出現在try塊內或try塊調用的函數中。

二、異常的實際使用

2.1 基礎使用示例

異常的核心是try-throw-catch的配合，我們以“計算矩形面積”為例（邊長為負數時拋出異常），替代傳統的除法除0場景，更貼近日常開發：

// 計算矩形面積：邊長為負數時拋出異常
double CalcRectArea(double width, double height) {
    if (width <= 0 || height <= 0) {
        // 拋出字符串類型異常，描述具體錯誤
        throw "矩形邊長不能為負數或0！";
    }
    return width * height;
}

void CalcAreaFunc() {
    double w, h;
    cout << "請輸入矩形的寬和高：" << endl;
    cin >> w >> h;
    try {
        cout << "矩形面積：" << CalcRectArea(w, h) << endl;
    }
    // 先捕獲int類型異常（示例用，本場景不會觸發）
    catch (int errCode) {
        cout << "錯誤碼：" << errCode << endl;
    }
    cout << "CalcAreaFunc函數執行結束" << endl;
}

int main() {
    while (1) {
        try {
            CalcAreaFunc();
        }
        // 捕獲字符串類型異常
        catch (const char* errMsg) {
            cout << "捕獲異常：" << errMsg << endl;
        }
        // 捕獲int類型異常
        catch (int errCode) {
            cout << "捕獲異常碼：" << errCode << endl;
        }
        // 兜底捕獲所有未匹配的異常
        catch (...) {
            cout << "捕獲到未知類型異常" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

C++異常處理_緩存

2.2 異常的匹配規則

異常的捕獲和處理有明確的匹配邏輯，確保錯誤能被精準處理：

異常的觸發由拋出的對象類型決定，只有catch塊的類型與異常對象類型一致，才會被激活。
在函數調用鏈中，系統會優先選擇離throw最近的匹配catch塊執行。
拋出異常對象時，會生成一個臨時拷貝（類似函數值傳遞），該拷貝在catch處理完成後自動銷燬。
catch(...)是“萬能捕獲”，能匹配所有類型異常，但無法獲取異常的具體信息，適合作為兜底方案。
特殊場景：拋出派生類對象時，可通過基類類型的catch塊捕獲，這是工程中實現異常統一管理的核心技巧。

函數調用鏈的異常匹配流程：

首先檢查throw是否在try塊內，若是則查找當前try後的匹配catch，找到後執行處理邏輯，程序繼續運行。
若未找到匹配catch，則退出當前函數棧，到調用該函數的上層函數中繼續查找。
若直到main函數仍無匹配catch，程序會直接終止。因此實際開發中，建議在main函數中添加catch(...)兜底。

2.3 拋出自定義異常對象

字符串類型異常的信息有限，實際開發中常自定義異常類，封裝更多錯誤信息（比如錯誤碼、錯誤場景）：

// 自定義基礎異常類
class BaseException {
public:
    BaseException(const string& msg, int code)
        : _errMsg(msg)
        , _errCode(code) {}
    
    // 虛函數，方便派生類重寫
    virtual string GetErrInfo() const {
        return _errMsg;
    }

    int GetErrCode() const {
        return _errCode;
    }

protected:
    string _errMsg;  // 錯誤描述
    int _errCode;    // 錯誤碼
};

// 計算圓形面積，半徑非法時拋出自定義異常
double CalcCircleArea(double radius) {
    if (radius <= 0) {
        // 拋出自定義異常對象（錯誤碼1001：參數非法）
        throw BaseException("圓形半徑不能為負數或0", 1001);
    }
    return 3.14159 * radius * radius;
}

void CalcCircleFunc() {
    double r;
    cout << "請輸入圓形半徑：" << endl;
    cin >> r;
    cout << "圓形面積：" << CalcCircleArea(r) << endl;
}

int main() {
    while (1) {
        try {
            CalcCircleFunc();
        }
        // 捕獲自定義異常（用引用避免拷貝，更高效）
        catch (const BaseException& e) {
            cout << "錯誤信息：" << e.GetErrInfo() 
                 << " | 錯誤碼：" << e.GetErrCode() << endl;
        }
        // 兜底捕獲
        catch (...) {
            cout << "未知異常，請檢查輸入" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

C++異常處理_錯誤碼_02

2.4 異常的重新拋出

實際開發中，有時需要對異常做“局部處理+向上拋”，比如讀取配置文件失敗時重試，重試失敗再向上層反饋：

// 繼承基礎異常類，擴展文件異常信息
class FileException : public BaseException {
public:
    FileException(const string& msg, int code, const string& fileName)
        : BaseException(msg, code)
        , _fileName(fileName) {}
    
    // 重寫錯誤信息函數，補充文件名
    virtual string GetErrInfo() const override {
        string info = "文件異常-";
        info += _fileName;
        info += "：";
        info += _errMsg;
        return info;
    }

private:
    string _fileName;  // 出錯的文件名
};

// 模擬讀取配置文件，隨機觸發異常
void ReadConfigFile(const string& fileName) {
    srand(time(0));
    // 30%概率觸發“文件不存在”異常
    if (rand() % 10 < 3) {
        throw FileException("文件不存在", 2001, fileName);
    }
    // 20%概率觸發“權限不足”異常
    else if (rand() % 10 < 2) {
        throw FileException("文件讀取權限不足", 2002, fileName);
    }
    cout << fileName << "配置文件讀取成功！" << endl;
}

// 讀取配置文件，失敗時重試3次
void LoadConfig() {
    string fileName = "app_config.ini";
    int retryTimes = 3;  // 重試次數
    
    while (retryTimes--) {
        try {
            ReadConfigFile(fileName);
            break;  // 讀取成功，退出重試
        }
        catch (const BaseException& e) {
            // 僅“文件不存在”且還有重試次數時，繼續重試
            if (e.GetErrCode() == 2001 && retryTimes > 0) {
                cout << "重試讀取(" << retryTimes << "次剩餘)..." << endl;
                continue;
            }
            // 其他錯誤或重試耗盡，重新拋出異常
            throw e;
        }
    }
}

2.5 異常安全注意事項

異常會導致程序執行流跳轉，若處理不當易引發資源泄漏（比如內存未釋放、文件未關閉），需注意以下幾點：

構造函數儘量避免拋異常：構造函數負責初始化對象，若中途拋異常，對象可能只初始化一半，成為“不完整對象”。
析構函數禁止拋異常：析構函數負責釋放資源，若析構時拋異常，可能導致資源（如文件句柄、內存）無法正常釋放。
異常場景下的資源管理：使用new分配內存後，若拋出異常未執行delete，會造成內存泄漏，可手動釋放或用RAII（如智能指針）簡化管理。

示例：異常場景下確保動態內存釋放：

double CalcTriangleArea(double base, double height) {
    if (base <= 0 || height <= 0) {
        throw "三角形底或高不能為負數/0！";
    }
    return 0.5 * base * height;
}

void ProcessTriangleData() {
    // 動態分配兩個數組
    double* dataBuf1 = new double[10];
    double* dataBuf2 = new double[10];
    
    double b, h;
    cout << "請輸入三角形底和高：" << endl;
    cin >> b >> h;

    try {
        cout << "三角形面積：" << CalcTriangleArea(b, h) << endl;
    }
    catch (...) {
        // 異常發生時，先釋放內存再重新拋出
        delete[] dataBuf1;
        delete[] dataBuf2;
        throw;  // 向上層傳遞異常
    }

    // 正常執行時釋放內存
    delete[] dataBuf1;
    delete[] dataBuf2;
}

三、自定義異常體系

C++標準庫的exception類功能簡單，無法滿足工程級的異常管理需求。多數團隊會搭建“基礎異常+業務異常”的繼承體系，統一異常處理邏輯，避免異常類型混亂。

以下是模擬日常開發的異常體系示例（覆蓋文件、數據庫、緩存場景）：

#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>   // 替換time.h為C++標準頭文件ctime
#include <windows.h>  // 解決Sleep標識符找不到的問題（Windows平台）
// 如果需要跨平台，可替換Sleep為：
// #include <chrono>
// #include <thread>

using namespace std;

// 自定義基礎異常類
class BaseException {
public:
    BaseException(const string& msg, int code)
        : _errMsg(msg), _errCode(code) {}

    virtual string GetErrInfo() const {
        return _errMsg;
    }

    int GetErrCode() const {
        return _errCode;
    }

protected:
    string _errMsg;
    int _errCode;
};

// 1. 文件異常（繼承基礎類）
class FileException : public BaseException {
public:
    FileException(const string& msg, int code, const string& file)
        : BaseException(msg, code), _filePath(file) {}

    virtual string GetErrInfo() const override {
        // 修復可能的編碼/字符問題，統一用英文冒號（避免全角符號）
        return "FileErr[" + to_string(_errCode) + "]: " + _filePath + "-" + _errMsg;
    }

private:
    string _filePath;
};

// 2. 數據庫異常（繼承基礎類）
class DbException : public BaseException {
public:
    DbException(const string& msg, int code, const string& sql)
        : BaseException(msg, code), _sqlStmt(sql) {}

    virtual string GetErrInfo() const override {
        return "DbErr[" + to_string(_errCode) + "]: " + _sqlStmt + "-" + _errMsg;
    }

private:
    string _sqlStmt;
};

// 3. 緩存異常（繼承基礎類）
class CacheException : public BaseException {
public:
    CacheException(const string& msg, int code)
        : BaseException(msg, code) {}

    virtual string GetErrInfo() const override {
        return "CacheErr[" + to_string(_errCode) + "]: " + _errMsg;
    }
};

// 模擬業務函數：緩存操作
void AccessCache() {
    // 修復警告C4244：強制轉換time_t到unsigned int（srand要求unsigned int參數）
    srand((unsigned int)time(nullptr));
    if (rand() % 5 == 0) {
        throw CacheException("緩存鍵不存在", 3001);
    }
    else if (rand() % 6 == 0) {
        throw CacheException("緩存連接超時", 3002);
    }
    cout << "緩存讀取成功" << endl;
}

// 模擬業務函數：數據庫操作
void ExecDbSql() {
    // 修復警告C4244：強制類型轉換
    srand((unsigned int)time(nullptr));
    if (rand() % 7 == 0) {
        throw DbException("SQL執行權限不足", 4001, "select * from user where id=1");
    }
    AccessCache();  // 調用緩存函數
}

// 模擬業務函數：配置加載（調用數據庫）
void LoadAppConfig() {
    // 修復警告C4244：強制類型轉換
    srand((unsigned int)time(nullptr));
    if (rand() % 4 == 0) {
        throw FileException("配置文件損壞", 2003, "./config/app.ini");
    }
    ExecDbSql();  // 調用數據庫函數
}

// 主函數統一捕獲異常
int main() {
    while (1) {
        // Sleep是Windows API，需包含windows.h；如果是Linux/Mac，替換為：
        // this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
        Sleep(1000);  // 暫停1秒，避免輸出過快

        try {
            LoadAppConfig();
        }
        // 多態捕獲所有派生類異常
        catch (const BaseException& e) {
            cout << "捕獲業務異常：" << e.GetErrInfo() << endl;
        }
        // 兜底捕獲未知異常
        catch (...) {
            cout << "捕獲未定義異常" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

C++異常處理_錯誤碼_03

四、異常的優缺點

4.1 核心優勢

錯誤信息更豐富：自定義異常類可封裝錯誤碼、錯誤場景、調用路徑等信息，相比錯誤碼能快速定位問題。
適配特殊函數場景：構造函數無返回值、operator[]等運算符無法通過返回值標識錯誤，異常是這類場景的最優解。
兼容主流第三方庫：boost、Google Test（gtest）、GMock等常用庫均基於異常機制設計，使用這些庫必須適配異常。

4.2 主要不足

執行流不直觀：異常會跳轉到對應的catch塊，打斷線性執行流程，調試時可能跳過斷點，增加問題排查難度。
輕微性能開銷：異常的拋出和捕獲會涉及棧展開、對象拷貝等操作，雖現代CPU下影響極小，但高頻調用場景需謹慎。
資源泄漏風險：C++無垃圾回收機制，異常可能跳過delete/close等資源釋放語句，需依賴RAII（如智能指針、文件流）規避。
標準庫體系不完善：C++標準異常體系設計簡單，各團隊需自定義體系，導致不同項目的異常處理邏輯不統一。

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博客 / 詳情

C++異常處理

C++異常處理：底層邏輯、實操方法與實戰技巧

一、背景知識

1.1 C語言的錯誤處理侷限

1.2 C++異常的核心邏輯

二、異常的實際使用

2.1 基礎使用示例

2.2 異常的匹配規則

2.3 拋出自定義異常對象

2.4 異常的重新拋出

2.5 異常安全注意事項

三、自定義異常體系

四、異常的優缺點

4.1 核心優勢

4.2 主要不足

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一、背景知識

1.1 C語言的錯誤處理侷限

1.2 C++異常的核心邏輯

二、異常的實際使用

2.1 基礎使用示例

2.2 異常的匹配規則

2.3 拋出自定義異常對象

2.4 異常的重新拋出

2.5 異常安全注意事項

三、自定義異常體系

四、異常的優缺點

4.1 核心優勢

4.2 主要不足

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