程序運行時常會碰到一些異常情況，例如：

?   做除法的時候除數(shù)為 0；

?   用戶輸入年齡時輸入了一個負數(shù)；

?   用 new 運算符動態(tài)分配空間時，空間不夠?qū)е聼o法分配；

?   訪問數(shù)組元素時，下標(biāo)越界；打開文件讀取時，文件不存在。

這些異常情況，如果不能發(fā)現(xiàn)并加以處理，很可能會導(dǎo)致程序崩潰。

所謂“處理”，可以是給出錯誤提示信息，然后讓程序沿一條不會出錯的路徑繼續(xù)執(zhí)行；也可能是不得不結(jié)束程序，但在結(jié)束前做一些必要的工作，如將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入文件、關(guān)閉打開的文件、釋放動態(tài)分配的內(nèi)存空間等。

一發(fā)現(xiàn)異常情況就立即處理未必妥當(dāng)，因為在一個函數(shù)執(zhí)行過程中發(fā)生的異常，在有的情況下由該函數(shù)的調(diào)用者決定如何處理更加合適。尤其像庫函數(shù)這類提供給程序員調(diào)用，用以完成與具體應(yīng)用無關(guān)的通用功能的函數(shù)，執(zhí)行過程中貿(mào)然對異常進行處理，未必符合調(diào)用它的程序的需要。

此外，將異常分散在各處進行處理不利于代碼的維護，尤其是對于在不同地方發(fā)生的同一種異常，都要編寫相同的處理代碼也是一種不必要的重復(fù)和冗余。如果能在發(fā)生各種異常時讓程序都執(zhí)行到同一個地方，這個地方能夠?qū)Ξ惓＿M行集中處理，則程序就會更容易編寫、維護。

鑒于上述原因，C++ 引入了異常處理機制。其基本思想是：函數(shù) A 在執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)異常時可以不加處理，而只是“拋出一個異常”給 A 的調(diào)用者，假定為函數(shù) B。

拋出異常而不加處理會導(dǎo)致函數(shù) A 立即中止，在這種情況下，函數(shù) B 可以選擇捕獲 A 拋出的異常進行處理，也可以選擇置之不理。如果置之不理，這個異常就會被拋給 B 的調(diào)用者，以此類推。

如果一層層的函數(shù)都不處理異常，異常最終會被拋給最外層的main 函數(shù)。main 函數(shù)應(yīng)該處理異常。如果main函數(shù)也不處理異常，那么程序就會立即異常地中止。

C++異常處理基本語法

C++通過 throw 語句和 try...catch 語句實現(xiàn)對異常的處理。throw 語句的語法如下：

throw  表達式;

該語句拋出一個異常。異常是一個表達式，其值的類型可以是基本類型，也可以是類。

try...catch 語句的語法如下：

try {
    語句組
}
catch(異常類型) {
    異常處理代碼
}
...
catch(異常類型) {
    異常處理代碼
}

catch可以有多個，但至少要有一個。

不妨把 try 和其后{}中的內(nèi)容稱作“try塊”，把 catch 和其后{}中的內(nèi)容稱作“catch塊”。

try...catch 語句的執(zhí)行過程是：

?   執(zhí)行 try 塊中的語句，如果執(zhí)行的過程中沒有異常拋出，那么執(zhí)行完后就執(zhí)行最后一個 catch 塊后面的語句，所有 catch 塊中的語句都不會被執(zhí)行；

?   如果 try 塊執(zhí)行的過程中拋出了異常，那么拋出異常后立即跳轉(zhuǎn)到第一個“異常類型”和拋出的異常類型匹配的 catch 塊中執(zhí)行（稱作異常被該 catch 塊“捕獲”），執(zhí)行完后再跳轉(zhuǎn)到最后一個 catch 塊后面繼續(xù)執(zhí)行。

例如下面的程序：

#include 
using namespace std;
int main()
{
    double m ,n;
    cin >> m >> n;
    try {
        cout << "before dividing." << endl;
        if( n == 0)
            throw -1; //拋出int類型異常
        else
            cout << m / n << endl;
        cout << "after dividing." << endl;
    }
    catch(double d) {
        cout << "catch(double) " << d <<  endl;
    }
    catch(int e) {
        cout << "catch(int) " << e << endl;
    }
    cout << "finished" << endl;
    return 0;
}

程序的運行結(jié)果如下：
9 6↙
before dividing.
1.5
after dividing.
finished

說明當(dāng) n 不為 0 時，try 塊中不會拋出異常。因此程序在 try 塊正常執(zhí)行完后，越過所有的 catch 塊繼續(xù)執(zhí)行，catch 塊一個也不會執(zhí)行。

程序的運行結(jié)果也可能如下：
9 0↙
before dividing.
catch\(int) -1
finished

當(dāng) n 為 0 時，try 塊中會拋出一個整型異常。拋出異常后，try 塊立即停止執(zhí)行。該整型異常會被類型匹配的第一個 catch 塊捕獲，即進入catch(inte)塊執(zhí)行，該 catch 塊執(zhí)行完畢后，程序繼續(xù)往后執(zhí)行，直到正常結(jié)束。

如果拋出的異常沒有被 catch 塊捕獲，例如，將catch(int e)，改為catch(chare)，當(dāng)輸入的 n 為 0 時，拋出的整型異常就沒有catch 塊能捕獲，這個異常也就得不到處理，那么程序就會立即中止，try...catch 后面的內(nèi)容都不會被執(zhí)行。

能夠捕獲任何異常的 catch 語句

如果希望不論拋出哪種類型的異常都能捕獲，可以編寫如下 catch 塊：

catch(...) {
    ...
}

這樣的catch 塊能夠捕獲任何還沒有被捕獲的異常。例如下面的程序：

#include 
using namespace std;
int main()
{
    double m, n;
    cin >> m >> n;
    try {
        cout << "before dividing." << endl;
        if (n == 0)
            throw - 1;  //拋出整型異常
        else if (m == 0)
            throw - 1.0;  //拋出 double 型異常
        else
            cout << m / n << endl;
        cout << "after dividing." << endl;
    }
    catch (double d) {
        cout << "catch (double)" << d << endl;
    }
    catch (...) {
        cout << "catch (...)" << endl;
    }
    cout << "finished" << endl;
    return 0;
}

程序的運行結(jié)果如下：
9 0↙
before dividing.
catch (...)
finished

當(dāng) n 為 0 時，拋出的整型異常被catchy(...)捕獲。

程序的運行結(jié)果也可能如下：
0 6↙
before dividing.
catch (double) -1
finished

當(dāng) m 為 0 時，拋出一個 double類型的異常。雖然catch (double)和catch(...)都能匹配該異常，但是catch(double)是第一個能匹配的 catch 塊，因此會執(zhí)行它，而不會執(zhí)行catch(...)塊。

由于catch(...)能匹配任何類型的異常，它后面的 catch 塊實際上就不起作用，因此不要將它寫在其他 catch 塊前面。

異常的再拋出

如果一個函數(shù)在執(zhí)行過程中拋出的異常在本函數(shù)內(nèi)就被 catch 塊捕獲并處理，那么該異常就不會拋給這個函數(shù)的調(diào)用者（也稱為“上一層的函數(shù)”）；如果異常在本函數(shù)中沒有被處理，則它就會被拋給上一層的函數(shù)。例如下面的程序：

#include 
#include 
using namespace std;
class CException
{
public:
    string msg;
    CException(string s) : msg(s) {}
};
double Devide(double x, double y)
{
    if (y == 0)
        throw CException("devided by zero");
    cout << "in Devide" << endl;
    return x / y;
}
int CountTax(int salary)
{
    try {
        if (salary < 0)
            throw - 1;
        cout << "counting tax" << endl;
    }
    catch (int) {
        cout << "salary < 0" << endl;
    }
    cout << "tax counted" << endl;
    return salary * 0.15;
}
int main()
{
    double f = 1.2;
    try {
        CountTax(-1);
        f = Devide(3, 0);
        cout << "end of try block" << endl;
    }
    catch (CException e) {
        cout << e.msg << endl;
    }
    cout << "f = " << f << endl;
    cout << "finished" << endl;
    return 0;
}

程序的輸出結(jié)果如下：
salary < 0
tax counted
devided by zero
f=1.2
finished

CountTa 函數(shù)拋出異常后自行處理，這個異常就不會繼續(xù)被拋給調(diào)用者，即 main 函數(shù)。因此在 main 函數(shù)的 try 塊中，CountTax 之后的語句還能正常執(zhí)行，即會執(zhí)行f =Devide(3, 0);。

第 35 行，Devide 函數(shù)拋出了異常卻不處理，該異常就會被拋給 Devide 函數(shù)的調(diào)用者，即 main 函數(shù)。拋出此異常后，Devide 函數(shù)立即結(jié)束，第 14 行不會被執(zhí)行，函數(shù)也不會返回一個值，這從第 35 行 f 的值不會被修改可以看出。

Devide 函數(shù)中拋出的異常被 main 函數(shù)中類型匹配的 catch 塊捕獲。第 38 行中的e 對象是用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)初始化的。

如果拋出的異常是派生類的對象，而 catch 塊的異常類型是基類，那么這兩者也能夠匹配，因為派生類對象也是基類對象。

雖然函數(shù)也可以通過返回值或者傳引用的參數(shù)通知調(diào)用者發(fā)生了異常，但采用這種方式的話，每次調(diào)用函數(shù)時都要判斷是否發(fā)生了異常，這在函數(shù)被多處調(diào)用時比較麻煩。有了異常處理機制，可以將多處函數(shù)調(diào)用都寫在一個 try 塊中，任何一處調(diào)用發(fā)生異常都會被匹配的 catch 塊捕獲并處理，也就不需要每次調(diào)用后都判斷是否發(fā)生了異常。

有時，雖然在函數(shù)中對異常進行了處理，但是還是希望能夠通知調(diào)用者，以便讓調(diào)用者知道發(fā)生了異常，從而可以作進一步的處理。在 catch 塊中拋出異?？梢詽M足這種需要。例如：

#include 
#include 
using namespace std;
int CountTax(int salary)
{
    try {
        if( salary < 0 )
            throw string("zero salary");
        cout << "counting tax" << endl;

    }
    catch (string s ) {
        cout << "CountTax error : " << s << endl;
        throw; //繼續(xù)拋出捕獲的異常
    }
    cout << "tax counted" << endl;
    return salary * 0.15;
}
int main()
{
    double f = 1.2;
    try {
        CountTax(-1);
        cout << "end of try block" << endl;
    }
    catch(string s) {
        cout << s << endl;
    }
    cout << "finished" << endl;
    return 0;
}

程序的輸出結(jié)果如下：
CountTax error:zero salary
zero salary
finished

第 14 行的throw;沒有指明拋出什么樣的異常，因此拋出的就是catch 塊捕獲到的異常，即 string("zero salary")。這個異常會被 main 函數(shù)中的 catch 塊捕獲。

函數(shù)的異常聲明列表

為了增強程序的可讀性和可維護性，使程序員在使用一個函數(shù)時就能看出這個函數(shù)可能會拋出哪些異常，C++ 允許在函數(shù)聲明和定義時，加上它所能拋出的異常的列表，具體寫法如下：

void func() throw (int, double, A, B, C);

或

void func() throw (int, double, A, B, C){...}

上面的寫法表明 func 可能拋出 int 型、double型以及 A、B、C 三種類型的異常。異常聲明列表可以在函數(shù)聲明時寫，也可以在函數(shù)定義時寫。如果兩處都寫，則兩處應(yīng)一致。

如果異常聲明列表如下編寫：

void func() throw ();

則說明func 函數(shù)不會拋出任何異常。

一個函數(shù)如果不交待能拋出哪些類型的異常，就可以拋出任何類型的異常。

函數(shù)如果拋出了其異常聲明列表中沒有的異常，在編譯時不會引發(fā)錯誤，但在運行時， Dev C++ 編譯出來的程序會出錯；用 Visual Studio 2010 編譯出來的程序則不會出錯，異常聲明列表不起實際作用。

C++標(biāo)準(zhǔn)異常類

C++標(biāo)準(zhǔn)庫中有一些類代表異常，這些類都是從 exception 類派生而來的。常用的幾個異常類如圖 1 所示。

bad_typeid、bad_cast、bad_alloc、ios_base::failure、out_of_range 都是 exception 類的派生類。C++ 程序在碰到某些異常時，即使程序中沒有寫 throw 語句，也會自動拋出上述異常類的對象。這些異常類還都有名為 what 的成員函數(shù)，返回字符串形式的異常描述信息。使用這些異常類需要包含頭文件stdexcept。

下面分別介紹以上幾個異常類。本節(jié)程序的輸出以 Visual Studio 2010為準(zhǔn)，Dev C++ 編譯的程序輸出有所不同。

1) bad_typeid

使用typeid 運算符時，如果其操作數(shù)是一個多態(tài)類的指針，而該指針的值為 NULL，則會拋出此異常。

2) bad_cast

在用dynamic_cast 進行從多態(tài)基類對象（或引用）到派生類的引用的強制類型轉(zhuǎn)換時，如果轉(zhuǎn)換是不安全的，則會拋出此異常。程序示例如下：

#include 
#include 
using namespace std;
class Base
{
    virtual void func() {}
};
class Derived : public Base
{
public:
    void Print() {}
};
void PrintObj(Base & b)
{
    try {
        Derived & rd = dynamic_cast (b);
        //此轉(zhuǎn)換若不安全，會拋出 bad_cast 異常
        rd.Print();
    }
    catch (bad_cast & e) {
        cerr << e.what() << endl;
    }
}
int main()
{
    Base b;
    PrintObj(b);
    return 0;
}

程序的輸出結(jié)果如下：
Bad dynamic_cast!

在 PrintObj 函數(shù)中，通過 dynamic_cast 檢測 b 是否引用的是一個 Derived 對象，如果是，就調(diào)用其 Print 成員函數(shù)；如果不是，就拋出異常，不會調(diào)用 Derived::Print。

3) bad_alloc

在用 new運算符進行動態(tài)內(nèi)存分配時，如果沒有足夠的內(nèi)存，則會引發(fā)此異常。程序示例如下：

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
    try {
        char * p = new char[0x7fffffff];  //無法分配這么多空間，會拋出異常
    }
    catch (bad_alloc & e)  {
        cerr << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

程序的輸出結(jié)果如下：
bad allocation
ios_base::failure

在默認狀態(tài)下，輸入輸出流對象不會拋出此異常。如果用流對象的 exceptions 成員函數(shù)設(shè)置了一些標(biāo)志位，則在出現(xiàn)打開文件出錯、讀到輸入流的文件尾等情況時會拋出此異常。此處不再贅述。

4) out_of_range

用vector 或 string 的 at 成員函數(shù)根據(jù)下標(biāo)訪問元素時，如果下標(biāo)越界，則會拋出此異常。例如：

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
    vector v(10);
    try {
        v.at(100) = 100;  //拋出 out_of_range 異常
    }
    catch (out_of_range & e) {
        cerr << e.what() << endl;
    }
    string s = "hello";
    try {
        char c = s.at(100);  //拋出 out_of_range 異常
    }
    catch (out_of_range & e) {
        cerr << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

程序的輸出結(jié)果如下：
invalid vector subscript
invalid string position

如果將v.at(100)換成v[100]，將s.at(100)換成s[100]，程序就不會引發(fā)異常（但可能導(dǎo)致程序崩潰）。因為 at 成員函數(shù)會檢測下標(biāo)越界并拋出異常，而 operator[] 則不會。operator [] 相比 at 的好處就是不用判斷下標(biāo)是否越界，因此執(zhí)行速度更快。