一、异常的定义

异常在C++用于错误处理，C语言中一般使用返回值表示错误，C++对错误处理进行了扩展，统一使用异常机制来处理程序中发生的错误。

C语言异常处理机制

①终止程序。缺陷：用户难以接受。如发生内存错误，除0错误时就会终止程序。

②返回错误码。缺陷：需要程序员自己去查找对应的错误。如系统的很多库的接口函数都是通过把错误码放到errno中，表示错误。

③C标准库中setjmp和longjmp组合

C++的异常处理包括两个部分：抛出异常和捕获异常，如果抛出的异常被捕获，处理完之后程序会继续运行，如果抛出的异常未被捕获，将导致程序终止。

二、异常的抛出和捕获

异常是面向对象语言常用的一种处理错误的方式，当一个函数发现自己无法处理的错误时就可以抛出异常，让函数直接或间接的调用者处理这个错误。

throw：当程序出现问题时，可以通过throw关键字抛出一个异常。
try：try块中放置的是可能抛出异常的代码，该代码块在执行时将进行异常错误检测，try块后面通常跟着一个或多个catch块。
catch：如果try块中发生错误，则可以在catch块中定义对应要执行的代码块。

1.throw

throw是用于抛出异常的关键字，用法如下：

throw 异常(对象);

在函数声明中应该指定可能抛出的异常，应该在函数声明指定。

void show();                                //该函数可能抛出任何异常

void show()throw();                     //该函数不抛出任何异常

void show()throw(char,int); //该函数可能抛出char和int型异常

2.try...catch

捕获异常使用try...catch关键字，用法如下：

try{//可能抛出异常的代码    
}catch(异常类型1 变量){//根据类型捕获异常//处理异常类型1的代码
}catch(异常类型2 变量){//根据类型捕获异常//处理异常类型2的代码//throw 变量 ----- 继续向上一层抛出
}.....

异常被捕获后，执行对应的异常处理代码，然后继续执行try...catch之后的代码。若异常未被捕获，仍然导致程序终止。捕获异常后，如果当前无法处理，可以继续抛出。

异常的抛出和捕获的匹配原则：

①异常是通过抛出对象而引发的，该对象的类型决定了应该激活哪个catch的处理代码，如果抛出的异常对象没有捕获，或是没有匹配类型的捕获，那么程序会终止报错。

②被选中的处理代码（catch块）是调用链中与该对象类型匹配且离抛出异常位置最近的那一个

③抛出异常对象后，会生成一个异常对象的拷贝，因为抛出的异常对象可能是一个临时对象，所以会生成一个拷贝对象，这个拷贝的临时对象会在被catch以后销毁

④catch(...)可以捕获任意类型的异常，但捕获后无法知道异常错误是什么。

⑤实际异常的抛出和捕获的匹配原则有个例外，捕获和抛出的异常类型并不一定要完全匹配，可以抛出派生类对象，使用基类进行捕获，这个在实际中非常有用

在函数调用链中异常栈展开的匹配原则：

①当异常被抛出后，首先检查throw本身是否在try块内部，如果在则查找匹配的catch语句，如果有匹配的，则跳到catch的地方进行处理。

②如果当前函数栈没有匹配的catch则退出当前函数栈，继续在上一个调用函数栈中进行查找匹配的catch。找到匹配的catch子句并处理以后，会沿着catch子句后面继续执行，而不会跳回到原来抛异常的地方。

③如果到达main函数的栈，依旧没有找到匹配的catch，则终止程序。

void func1()
{throw string("这是一个异常");
}
void func2()
{func1();
}
void func3()
{func2();
}
int main()
{try{func3();}catch (const string& s){cout << "错误描述：" << s << endl;}catch (...){cout << "未知异常" << endl;}return 0;
}

当func1中的异常被抛出后：

1.首先会检查throw本身是否在try块内部，这里由于throw不在try块内部，因此会退出func3所在的函数栈，继续在上一个调用函数栈中进行查找，即func2所在的函数栈。

2.由于func2中也没有匹配的catch，因此会继续在上一个调用函数栈中进行查找，即func3所在的函数栈。

3.func3中也没有匹配的catch，于是就会在main所在的函数栈中进行查找，最终在main函数栈中找到了匹配的catch。

4.这时就会跳到main函数中对应的catch块中执行对应的代码块，执行完后继续执行该代码块后续的代码。

3.异常安全

将抛异常导致的安全问题叫做异常安全问题，对于异常安全问题下面给出几点建议：

①构造函数完成对象的构造和初始化，最好不要在构造函数中抛出异常，否则可能导致对象不完整或没有完全初始化。

②析构函数主要完成对象资源的清理，最好不要在析构函数中抛出异常，否则可能导致资源泄露（内存泄露、句柄未关闭等）。

③C++中异常经常会导致资源泄露的问题，比如在new和delete中抛出异常，导致内存泄露，在lock和unlock之间抛出异常导致死锁，C++经常使用RAII的方式来解决以上问题。

4.异常规范

为了让函数使用者知道某个函数可能抛出哪些类型的异常，C++标准规定

①在函数的后面接throw(type1, type2, ...)，列出这个函数可能抛掷的所有异常类型。

②在函数的后面接throw()或noexcept（C++11），表示该函数不抛异常。

③若无异常接口声明，则此函数可以抛掷任何类型的异常。（异常接口声明不是强制的）

//表示func函数可能会抛出A/B/C/D类型的异常
void func() throw(A, B, C, D);
//表示这个函数只会抛出bad_alloc的异常
void* operator new(std::size_t size) throw(std::bad_alloc);
//表示这个函数不会抛出异常
void* operator new(std::size_t size, void* ptr) throw();

三、系统预定义异常

C++标准库当中的异常也是一个基础体系，其中exception就是各个异常类的基类，我们可以在程序中使用这些标准的异常，它们之间的继承关系如下：

std::exception   该异常是所有标准C++异常的父类。
std::bad_alloc   该异常可以通过new抛出。
std::bad_cast   该异常可以通过dynamic_cast抛出。
std::bad_exception   这在处理C++程序中无法预期的异常时非常有用。
std::bad_typeid   该异常可以通过typeid抛出。
std::logic_error   理论上可以通过读取代码来检测到的异常。
std::domain_error   当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常。
std::invalid_argument   当使用了无效的参数时，会抛出该异常。
std::length_error   当创建了太长的std::string时，会抛出该异常。
std::out_of_range   该异常可以通过方法抛出，例如std::vector和std::bitset<>::operator。
std::runtime_error   理论上不可以通过读取代码来检测到的异常。
std::overflow_error   当发生数学上溢时，会抛出该异常。
std::range_error   当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常。
std::underflow_error   当发生数学下溢时，会抛出该异常。

四、用户自定义异常

在C++项目开发中，详细设计时应该设计好异常的框架，通常的做法就是定义一个异常的基类，项目中所有的异常都是该类的子类/间接子类。

最基础的异常类至少需要包含错误编号和错误描述两个成员变量，甚至还可以包含当前函数栈帧的调用链等信息。该异常类中一般还会提供两个成员函数，分别用来获取错误编号和错误描述。

class Exception
{
public:Exception(int errid, const char* errmsg):_errid(errid), _errmsg(errmsg){}int GetErrid() const{return _errid;}virtual string what() const{return _errmsg;}
protected:int _errid;     //错误编号string _errmsg; //错误描述//...
};class CacheException : public Exception
{
public:CacheException(int errid, const char* errmsg):Exception(errid, errmsg){}virtual string what() const  //重写{string msg = "CacheException: ";msg += _errmsg;return msg;}
protected://...
};

其他模块如果要对这个异常类进行扩展，必须继承这个基础的异常类，可以在继承后的异常类中按需添加某些成员变量，或是对继承下来的虚函数what进行重写，使其能告知程序员更多的异常信息。

异常类的成员变量不能设置为私有，因为私有成员在子类中是不可见的。基类Exception中的what成员函数最好定义为虚函数，方便子类对其进行重写，从而达到多态的效果。