引言

在C++学习初期，或者在C语言中，我们都是使用返回值处理错误--比如用-1表示函数执行失败，用nullptr表示资源获取失败。这种方式直观简单，在简单代码中完全够用。但当项目变大、函数调用层级变深（比如 “接口层 -> 服务层 -> 数据层” 的多层调用）时，返回值的短板会暴露无遗，代码会被大量 “错误码传递” 逻辑淹没。而 C++ 异常机制，正是为解决复杂场景下的错误处理痛点而生。

本文将从新手最熟悉的返回值入手，通过真实的深层调用场景暴露其局限性，再对比异常的解决方案，逐步拆解 C++ 异常体系、基础用法和关键注意事项，帮助你建立 “场景化选择错误处理方式” 的思维。

返回值 vs 异常：深层调用场景下的鲜明对比

很多新手觉得 “返回值够用”，是因为没遇到复杂的多层调用场景。下面通过一个 “文件数据处理” 的真实案例，直观感受返回值的局限性，以及异常如何解决这些问题。

场景说明

假设我们需要实现一个 “读取配置文件 -> 解析数据 -> 计算结果” 的流程，分为三层函数调用：

底层：readConfigFile（读取文件，返回数据字符串）；
中层：parseConfigData（解析数据字符串，返回配置对象）；
上层：calculateResult（使用配置对象计算，返回结果）；
入口：main函数调用上层函数，处理结果或错误。

用返回值（错误码）实现：冗余的 “错误传递链”

为了表示错误，我们先定义错误码枚举，再让每个函数返回 “错误码 + 结果”（用结构体封装，避免返回值语义污染）：

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

// 定义错误码
enum class ErrorCode {
    SUCCESS = 0,
    FILE_OPEN_FAILED,   // 文件打开失败
    FILE_READ_FAILED,   // 文件读取失败
    DATA_PARSE_FAILED,  // 数据解析失败
    CONFIG_INVALID      // 配置无效
};

// 配置数据结构
struct Config {
    int threshold;
    double factor;
};

// 底层：读取配置文件，返回“错误码+数据字符串”
struct ReadResult {
    ErrorCode err;
    string data;
};
ReadResult readConfigFile(const string& path) {
    FILE* fp = fopen(path.c_str(), "r");
    // 错误1：文件打开失败
    if (!fp) {
        return {ErrorCode::FILE_OPEN_FAILED, ""};
    }

    char buf[1024] = {0};
    size_t readLen = fread(buf, 1, sizeof(buf)-1, fp);
    // 错误2：文件读取失败
    if (readLen == 0) {
        fclose(fp);
        return {ErrorCode::FILE_READ_FAILED, ""};
    }

    fclose(fp);
    return {ErrorCode::SUCCESS, string(buf)};
}

// 中层：解析数据字符串，返回“错误码+配置对象”
struct ParseResult {
    ErrorCode err;
    Config config;
};
ParseResult parseConfigData(const string& data) {
    // 模拟解析逻辑：假设数据格式是“threshold:factor”
    size_t colonPos = data.find(':');
    // 错误3：数据格式错误，解析失败
    if (colonPos == string::npos) {
        return {ErrorCode::DATA_PARSE_FAILED, {}};
    }

    Config cfg;
    try {
        cfg.threshold = stoi(data.substr(0, colonPos));
        cfg.factor = stod(data.substr(colonPos+1));
    } catch (...) {
        return {ErrorCode::DATA_PARSE_FAILED, {}};
    }

    // 错误4：配置值无效（阈值必须大于0）
    if (cfg.threshold <= 0) {
        return {ErrorCode::CONFIG_INVALID, {}};
    }

    return {ErrorCode::SUCCESS, cfg};
}

// 上层：使用配置计算结果，返回“错误码+结果”
struct CalculateResult {
    ErrorCode err;
    double result;
};
CalculateResult calculateResult(const string& configPath) {
    // 调用底层：读取文件
    ReadResult readRes = readConfigFile(configPath);
    // 必须检查错误，传递给上层
    if (readRes.err != ErrorCode::SUCCESS) {
        return {readRes.err, 0.0};
    }

    // 调用中层：解析数据
    ParseResult parseRes = parseConfigData(readRes.data);
    // 必须检查错误，传递给上层
    if (parseRes.err != ErrorCode::SUCCESS) {
        return {parseRes.err, 0.0};
    }

    // 核心计算逻辑
    Config cfg = parseRes.config;
    double result = cfg.threshold * cfg.factor * 100;
    return {ErrorCode::SUCCESS, result};
}

// 入口函数
int main() {
    CalculateResult calcRes = calculateResult("config.txt");
    // 最终检查错误，处理异常
    if (calcRes.err != ErrorCode::SUCCESS) {
        switch (calcRes.err) {
            case ErrorCode::FILE_OPEN_FAILED:
                cerr << "错误：文件打开失败" << endl;
                break;
            case ErrorCode::FILE_READ_FAILED:
                cerr << "错误：文件读取失败" << endl;
                break;
            case ErrorCode::DATA_PARSE_FAILED:
                cerr << "错误：数据解析失败" << endl;
                break;
            case ErrorCode::CONFIG_INVALID:
                cerr << "错误：配置无效" << endl;
                break;
            default:
                cerr << "错误：未知错误" << endl;
        }
        return 1;
    }

    cout << "计算结果：" << calcRes.result << endl;
    return 0;
}

返回值的致命局限性（深层调用场景下）

看完上面的代码，你会发现 3 个无法回避的问题：

业务逻辑被错误处理淹没：calculateResult函数的核心逻辑只有 1 行（double result = ...），但其余代码全是 “检查错误 -> 传递错误” 的冗余逻辑（if (err != SUCCESS) return err）。随着调用层级增加（比如再加 “网络层”“缓存层”），这种冗余会呈指数级增长；
返回值语义污染：为了同时返回 “结果 + 错误码”，我们不得不定义ReadResult、ParseResult等结构体，增加了代码复杂度。如果函数本身返回值类型复杂（比如std::vector<std::map<string, int>>），结构体的定义会更繁琐；
构造函数无法处理错误：如果Config类的构造函数需要依赖文件数据初始化（比如Config(const string& path)），构造函数没有返回值，无法通过返回值表示初始化失败 —— 这是返回值的 “天生缺陷”；
错误处理分散：错误处理逻辑分散在每一层函数中，一旦需要修改错误处理方式（比如新增错误类型），所有层级的函数都要修改，维护成本极高。

用异常实现：剥离错误处理，专注业务逻辑

#include <string>
#include <iostream>
#include <stdexcept> // 标准异常头文件
#include <fstream>
using namespace std;

// 配置数据结构
struct Config {
    int threshold;
    double factor;

    // 构造函数：直接接收文件路径，初始化失败则抛异常（解决返回值的天生缺陷）
    Config(const string& path) {
        // 读取文件（用std::ifstream，RAII自动管理资源）
        ifstream file(path);
        if (!file.is_open()) {
            throw runtime_error("文件打开失败"); // 抛出异常，无需返回值
        }

        string data;
        if (!getline(file, data)) {
            throw runtime_error("文件读取失败");
        }

        // 解析数据
        size_t colonPos = data.find(':');
        if (colonPos == string::npos) {
            throw invalid_argument("数据解析失败：格式错误");
        }

        try {
            threshold = stoi(data.substr(0, colonPos));
            factor = stod(data.substr(colonPos+1));
        } catch (...) {
            throw invalid_argument("数据解析失败：数值无效");
        }

        // 校验配置
        if (threshold <= 0) {
            throw logic_error("配置无效：阈值必须大于0");
        }
    }
};

// 上层：专注核心计算，无需处理错误传递
double calculateResult(const string& configPath) {
    Config cfg(configPath); // 构造失败会抛异常，直接跳过后续代码
    return cfg.threshold * cfg.factor * 100; // 核心业务逻辑
}

// 入口函数：集中处理所有异常
int main() {
    try {
        double result = calculateResult("config.txt");
        cout << "计算结果：" << result << endl;
    }
    // 集中捕获不同类型的异常，统一处理
    catch (const runtime_error& e) {
        cerr << "运行时错误：" << e.what() << endl;
    }
    catch (const invalid_argument& e) {
        cerr << "参数错误：" << e.what() << endl;
    }
    catch (const logic_error& e) {
        cerr << "逻辑错误：" << e.what() << endl;
    }
    catch (const exception& e) {
        cerr << "未知异常：" << e.what() << endl;
    }

    return 0;
}

异常的核心优势（对比返回值）

对比两段代码，异常的优势一目了然：

剥离错误处理与业务逻辑：中间层（calculateResult）无需关心错误传递，只专注核心业务逻辑，代码量减少 60% 以上；
支持无返回值场景：构造函数、运算符等无返回值的场景，可通过异常表示错误（如Config构造函数），弥补了返回值的天生缺陷；
错误处理集中化：所有错误都在入口函数的catch块集中处理，修改错误类型或处理逻辑时，只需修改一处，维护成本低；
错误信息更丰富：异常对象可携带详细错误信息（如what()返回的描述），比单纯的错误码更易调试。

场景化选择：什么时候用返回值，什么时候用异常？

通过上面的对比，我们可以明确二者的适用场景 —— 它们是互补关系，而非替代关系：

场景类型	推荐方案	核心原因
简单参数校验、查询无结果	返回值（优先用`std::optional`）	错误可预期、非致命，无需中断流程
非致命、可忽略的错误	返回值（错误码 /`std::expected`）	如日志写入失败、缓存未命中，不影响主流程
致命错误、必须处理的错误	异常	如文件打开失败、内存分配失败，需中断当前流程
构造函数 / 运算符错误	异常（唯一选择）	无返回值，无法用返回值表示错误
深层调用场景（多层函数调用）	异常	避免冗余的错误码传递，简化代码

小贴士：C++17 的std::optional（表示 “可能无结果”）和 C++23 的std::expected（表示 “结果或错误”）是返回值处理的 “升级方案”，比传统错误码更优雅，推荐在简单场景下使用。

异常基本写法

C++ 异常依赖三个关键字，构成 “抛出 - 监控 - 捕获” 的闭环：

抛出（throw）：当程序检测到错误时，用throw语句抛出一个 “异常对象”（可以是标准异常、自定义异常），直接中断当前代码流；
监控（try）：用try块包裹 “可能抛出异常的代码”，告诉编译器 “这里需要监控异常”；
捕获（catch）：try块后紧跟一个或多个catch块，每个catch指定要捕获的异常类型，匹配成功则执行对应的错误处理逻辑。

try
{
  // 保护的标识代码
}
 catch( ExceptionName &e1 )
{
  // catch 块
}
 catch( ExceptionName &e2 )
{
  // catch 块
}
 catch( ExceptionName &eN )
{
  // catch 块
}
 catch( ... ) //捕获任意类型异常，防止某个异常直到程序结束都没被捕获
{
  // catch 块
  cout << "Unkown Exception" << endl;
}

异常类型

异常对象可以是内置类型（如throw -1、throw "error"），但可读性差、无法携带详细信息，不推荐。实际开发中，异常通常是 “类对象”，分为标准异常体系和自定义异常。

标准异常体系

C++ 标准库提供了一套现成的异常基类std::exception（定义在<exception>头文件中），所有标准异常都是它的派生类，核心成员是what()方法（返回 C 风格字符串，描述异常信息）。

@startuml C++ 标准异常体系（规整版）
' 布局方向：自上而下，垂直分层
top to bottom direction

' 第1层：顶层根类（居中置顶）
class std::exception #lightblue

' 第2层：核心分支（居中）+ 独立异常（左右分组，缩减宽度）
' 左组独立异常
class std::bad_alloc #lightyellow
class std::bad_cast #lightyellow
' 中组核心分支
class std::logic_error #lightgreen
class std::runtime_error #lightgreen
' 右组独立异常
class std::bad_exception #lightyellow
class std::bad_typeid #lightyellow
class std::system_error #lightyellow

' 第3层：补充独立异常（下一层，避免同层拥挤）
class std::bad_function_call #lightyellow
class std::bad_weak_ptr #lightyellow

' 第4层：logic_error 子类（垂直对齐父类）
class std::invalid_argument #e6f7ff
class std::out_of_range #e6f7ff
class std::length_error #e6f7ff
class std::domain_error #e6f7ff

' 第5层：runtime_error 子类（垂直对齐父类）
class std::overflow_error #e6f7ee
class std::underflow_error #e6f7ee
class std::range_error #e6f7ee

' 继承关系（箭头无交叉，层级清晰）
std::exception <|-- std::bad_alloc
std::exception <|-- std::bad_cast
std::exception <|-- std::logic_error
std::exception <|-- std::runtime_error
std::exception <|-- std::bad_exception
std::exception <|-- std::bad_typeid
std::exception <|-- std::system_error
std::exception <|-- std::bad_function_call
std::exception <|-- std::bad_weak_ptr

std::logic_error <|-- std::domain_error
std::logic_error <|-- std::invalid_argument
std::logic_error <|-- std::length_error
std::logic_error <|-- std::out_of_range

std::runtime_error <|-- std::range_error
std::runtime_error <|-- std::overflow_error
std::runtime_error <|-- std::underflow_error

' 隐藏冗余信息，聚焦类名+继承关系
hide members
hide methods
@enduml

异常类名	父类	核心描述（新手易懂）
`std::exception`	-（顶层基类）	所有标准异常的根类，提供 `what()` 方法返回异常描述
`std::logic_error`	`std::exception`	逻辑错误（编码阶段可规避），如参数无效、越界
`std::runtime_error`	`std::exception`	运行时错误（运行阶段触发，不可提前预知）
`std::bad_alloc`	`std::exception`	内存分配失败（`new`/`new[]` 申请内存时抛出）
`std::bad_cast`	`std::exception`	类型转换失败（如 `dynamic_cast` 向下转换无效）
`std::bad_exception`	`std::exception`	异常处理链错误（用于异常规范兼容）
`std::bad_typeid`	`std::exception`	类型识别失败（如 `typeid` 作用于空指针）
`std::bad_function_call`	`std::exception`	空函数对象调用（如 `std::function` 未绑定函数）
`std::bad_weak_ptr`	`std::exception`	`std::weak_ptr` 锁失败（如指向的对象已销毁）
`std::system_error`	`std::exception`	系统调用错误（如文件打开失败、网络连接错误）
`std::invalid_argument`	`std::logic_error`	无效参数（如 `std::stoi("abc")` 字符串转整数）
`std::out_of_range`	`std::logic_error`	超出有效范围（如 `vector::at(100)` 索引越界）
`std::length_error`	`std::logic_error`	长度错误（如 `std::string` 构造时长度溢出）
`std::domain_error`	`std::logic_error`	定义域错误（如不支持的数学运算，如负数开根号）
`std::overflow_error`	`std::runtime_error`	数值溢出（如 `int` 运算结果超出最大值）
`std::underflow_error`	`std::runtime_error`	数值下溢（如浮点数运算精度丢失，结果接近 0）
`std::range_error`	`std::runtime_error`	范围错误（如计算结果超出有效取值范围）

自定义异常

当标准异常无法满足业务需求时（如需要携带错误码、业务标识），可自定义异常类 ——必须继承std::exception或其派生类，并重写what()方法。

#include <stdexcept>
#include <string>

// 自定义业务异常：继承std::runtime_error
class BusinessError : public std::runtime_error {
private:
    int err_code_; // 业务错误码
public:
    // 构造函数：接收错误码和错误描述
    BusinessError(int err_code, const std::string& msg)
        : std::runtime_error(msg), err_code_(err_code) {}

    // 获取业务错误码
    int getErrorCode() const { return err_code_; }

    // 重写what()，返回更详细的错误信息（可选）
    const char* what() const noexcept override {
        static std::string full_msg = "业务错误[" + std::to_string(err_code_) + "]: " + std::runtime_error::what();
        return full_msg.c_str();
    }
};

// 使用自定义异常
void createOrder(int userId) {
    if (userId <= 0) {
        throw BusinessError(1001, "用户ID无效"); // 抛出自定义异常
    }
}

万能异常捕获

在 C++ 异常处理中，catch(...) 是一种 “万能异常捕获” 语法，也叫 “捕获所有异常” 或 “省略号捕获”—— 它能捕获任何类型的异常—— 它能捕获任何类型的异常（包括标准异常、自定义异常、甚至内置类型如 int/const char* 抛出的异常），是异常捕获体系中的 “终极兜底方案”。

语法定义

try {
    // 可能抛出任意类型异常的代码
}
// 特定异常捕获（先匹配具体类型）
catch (const std::runtime_error& e) {
    // 处理运行时异常
}
catch (const std::logic_error& e) {
    // 处理逻辑异常
}
// 万能捕获（最后匹配，捕获所有未被前面捕获的异常）
catch (...) {
    // 兜底处理所有其他异常
}

核心特点

匹配所有异常：无论 throw 抛出的是 std::exception 派生类、自定义类、int、const char* 等任何类型，catch(...) 都能捕获；
必须放在最后：catch 块的匹配顺序是 “自上而下”，catch(...) 会拦截所有异常，因此必须放在所有特定类型 catch 块之后（否则会导致前面的特定 catch 永远无法匹配）；
无法直接获取异常信息：catch(...) 没有参数，无法访问异常对象的细节（比如 what() 方法返回的描述），只能知道 “有异常发生”。

核心作用：兜底防崩溃

catch(...) 的核心价值是 “防止程序因未捕获的异常直接终止”——C++ 中如果异常未被任何 catch 块捕获，会调用 std::terminate() 终止程序（类似崩溃）。而 catch(...) 能作为 “最后一道防线”，捕获所有遗漏的异常，保证程序能优雅处理（如记录日志、清理资源）后退出，而非直接崩溃。

典型用法示例

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;

// 自定义异常
class MyException : public exception {
public:
    const char* what() const noexcept override { return "自定义异常"; }
};

int main() {
    try {
        // 可能抛出多种异常
        throw MyException();      // 自定义异常
        // throw 100;             // 内置类型 int 异常
        // throw "未知错误";       // 内置类型 const char* 异常
        // throw runtime_error("运行时错误"); // 标准异常
    }
    // 特定异常捕获（精准处理已知异常）
    catch (const MyException& e) {
        cout << "捕获到自定义异常：" << e.what() << endl;
    }
    catch (const exception& e) {
        cout << "捕获到标准异常：" << e.what() << endl;
    }
    // 万能捕获（兜底处理所有未匹配的异常）
    catch (...) {
        cout << "捕获到未知类型异常！" << endl;
        // 关键操作：记录日志、清理资源（如释放内存、关闭文件）
        // ... 资源清理逻辑 ...
    }

    return 0;
}

运行结果（抛出 MyException 时）：

捕获到自定义异常：自定义异常

若抛出 throw 100（无特定 catch 匹配），运行结果：

捕获到未知类型异常！

注意事项

必须放在所有 catch 块的最后

错误示例（catch(...) 在前，导致特定 catch 失效）：

try {
    throw runtime_error("运行时错误");
}
catch (...) { // 放在前面，直接捕获所有异常
    cout << "未知异常" << endl;
}
catch (const exception& e) { // 永远不会执行！
    cout << e.what() << endl;
}

正确示例（特定 catch 在前，catch(...) 兜底）：

try {
    throw runtime_error("运行时错误");
}
catch (const exception& e) { // 先匹配特定异常
    cout << e.what() << endl;
}
catch (...) { // 最后兜底
    cout << "未知异常" << endl;
}

无法获取异常详情，需配合 “重新抛出”

catch(...) 不能访问异常对象，因此无法获取 what() 描述、错误码等信息。如果需要上层处理异常详情，可在 catch(...) 中使用 “重新抛出”（rethrow） 语法 throw;，将异常原样抛给上层：

void func() {
    try {
        throw MyException();
    }
    catch (...) {
        cout << "func 中捕获到异常，记录日志后向上抛出" << endl;
        throw; // 重新抛出异常，不改变异常类型和信息
    }
}

int main() {
    try {
        func();
    }
    catch (const MyException& e) {
        // 上层能获取完整异常信息
        cout << "main 中捕获到异常：" << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

运行结果：

func 中捕获到异常，记录日志后向上抛出
main 中捕获到异常：自定义异常

注意：重新抛出时用 throw;（无参数），而非 throw 异常对象;—— 后者会创建新的异常对象，丢失原始异常信息。

不可滥用：优先特定捕获，再兜底

catch(...) 是 “兜底方案”，而非首选。原因：

无法精准处理异常（比如不同异常需要不同修复逻辑时，catch(...) 做不到）；
可能掩盖潜在 bug（比如捕获了本应暴露的逻辑错误）。

使用原则：

先写所有能预见的 特定类型 catch（如 catch(const std::runtime_error&)、catch(const MyException&)），精准处理已知异常；
最后用 catch(...) 兜底，仅用于：
- 记录异常日志（便于调试）；
- 清理资源（如释放 RAII 未覆盖的资源）；
- 避免程序直接崩溃，优雅退出或重新抛出异常。

基础用法

结合前面的案例，我们再通过 3 个核心场景，巩固异常的基础用法。

基础用法：抛出 + 捕获标准异常

#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

// 除法函数：除数为0时抛异常
double divide(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        // 抛出std::invalid_argument异常，携带错误信息
        throw invalid_argument("除数不能为0");
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        cout << divide(10, 2) << endl; // 正常执行，输出5
        cout << divide(10, 0) << endl; // 抛出异常，中断执行
    }
    // 捕获特定类型的异常
    catch (const invalid_argument& e) {
        cerr << "捕获到参数异常：" << e.what() << endl; // 输出：捕获到参数异常：除数不能为0
    }
    // 捕获所有std::exception派生的异常（兜底）
    catch (const exception& e) {
        cerr << "捕获到异常：" << e.what() << endl;
    }

    return 0;
}

异常传播：多层调用下的自动传递

如果异常在函数中抛出，但该函数没有catch块，异常会自动 “向上传播” 到调用者，直到找到匹配的catch块：

// 底层函数：抛异常
void funcC() {
    throw runtime_error("funcC中发生运行时错误");
}

// 中层函数：调用funcC，不捕获异常
void funcB() {
    funcC(); // 异常传播到funcB的调用者
}

// 上层函数：调用funcB，不捕获异常
void funcA() {
    funcB(); // 异常传播到funcA的调用者
}

int main() {
    try {
        funcA(); // 异常传播到这里
    }
    catch (const runtime_error& e) {
        cerr << "捕获到传播的异常：" << e.what() << endl; // 输出对应错误信息
    }
    return 0;
}

自定义异常的捕获顺序

catch块的匹配顺序是 “自上而下”，子类异常必须放在父类异常前面，否则子类异常会被父类异常 “拦截”：

int main() {
    try {
        throw BusinessError(1001, "用户ID无效"); // 抛出自定义异常（子类）
    }
    // 正确：先捕获子类异常
    catch (const BusinessError& e) {
        cerr << "业务异常：" << e.what() << "，错误码：" << e.getErrorCode() << endl;
    }
    // 后捕获父类异常（兜底）
    catch (const runtime_error& e) {
        cerr << "运行时异常：" << e.what() << endl;
    }
    catch (const exception& e) {
        cerr << "未知异常：" << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

// 错误示例：父类异常在前，子类异常无法被捕获
try {
    throw BusinessError(1001, "用户ID无效");
}
catch (const runtime_error& e) { // 父类异常在前，直接捕获子类异常
    cerr << "运行时异常：" << e.what() << endl;
}
catch (const BusinessError& e) { // 永远不会执行
    cerr << "业务异常：" << e.what() << endl;
}

使用注意事项

异常虽强大，但使用不当会导致代码崩溃、资源泄漏等严重问题。以下 6 个注意事项，是新手避坑的核心。

异常安全：用 RAII 避免资源泄漏

异常会中断正常代码流，如果手动管理资源（如new/delete、文件句柄、锁），容易导致资源泄漏：

// 反例：异常导致内存泄漏
void badExample() {
    int* arr = new int[10]; // 分配内存
    divide(10, 0); // 抛出异常，后续delete不会执行
    delete[] arr; // 内存泄漏！
}

解决方案：RAII（资源获取即初始化）—— 用对象的生命周期管理资源，析构函数会自动释放资源（即使发生异常）。C++ 标准库的std::unique_ptr（智能指针）、std::lock_guard（锁）、std::ifstream（文件流）都是 RAII 的典型应用：

// 正例：用RAII保证异常安全
#include <memory> // std::unique_ptr

void goodExample() {
    // 智能指针管理内存，异常时自动释放
    unique_ptr<int[]> arr = make_unique<int[]>(10);
    divide(10, 0); // 抛出异常，arr的析构函数自动调用delete[]
}

禁止在析构函数中抛出异常

析构函数的职责是释放资源，若析构函数中抛出异常，会导致严重问题：

如果当前正处于异常传播过程中（已有一个未处理的异常），再抛出新异常，程序会直接调用std::terminate()终止；
析构函数是自动调用的，其异常无法被上层捕获。

规则：析构函数必须是noexcept（C++11 + 默认是noexcept），内部不抛出异常（若有错误，内部处理）：

// 正确示例：析构函数不抛出异常
class ResourceHolder {
private:
    FILE* fp_;
public:
    explicit ResourceHolder(const string& path) {
        fp_ = fopen(path.c_str(), "r");
    }

    ~ResourceHolder() noexcept { // 明确noexcept
        if (fp_) {
            try {
                fclose(fp_); // 可能失败的操作
            }
            catch (...) {
                // 内部处理错误，不向外抛出
                cerr << "文件关闭失败" << endl;
            }
        }
    }
};

合理使用`noexcept`

noexcept用于声明函数 “不会抛出异常”，有两个核心作用：

编译器可优化代码（减少异常处理开销）；
若函数违反声明（实际抛出异常），程序会直接调用std::terminate()，避免不可预期的行为。

使用场景：析构函数、移动构造 / 赋值函数、明确无异常的工具函数：

// 声明函数不会抛出异常
int add(int a, int b) noexcept {
    return a + b; // 无异常风险
}

// 移动构造函数声明为noexcept（推荐）
class MyString {
public:
    MyString(MyString&& other) noexcept {
        // 移动资源，无异常
    }
};

不抛出裸指针异常

抛出new分配的异常对象指针（如throw new BusinessError(1001, "错误")）是危险的：

捕获方需要手动delete，容易遗漏导致内存泄漏；
若未被捕获，异常终止时，指针指向的内存永远无法释放。

规则：抛出异常对象（值类型），捕获时用const&（避免拷贝开销）：

// 错误：抛出裸指针
throw new BusinessError(1001, "用户ID无效");

// 正确：抛出异常对象
throw BusinessError(1001, "用户ID无效");

// 捕获时用const&
catch (const BusinessError& e) { ... }

避免过度使用异常

异常适合处理 “严重、不可预期” 的错误，不适合处理 “频繁发生的预期错误”（如循环中的参数校验）：

// 反例：用异常处理频繁的参数校验
double calculateScore(int score) {
    if (score < 0 || score > 100) {
        throw invalid_argument("分数必须在0-100之间"); // 不推荐，预期内的错误
    }
    return score * 0.8;
}

// 正例：用返回值处理预期错误
std::optional<double> calculateScore(int score) {
    if (score < 0 || score > 100) {
        return std::nullopt; // 预期内的错误，用std::optional表示
    }
    return score * 0.8;
}

异常信息要具体

抛出异常时，携带的错误信息要足够详细（如错误原因、发生位置、相关参数），便于调试：

// 不好：错误信息模糊
throw runtime_error("文件读取失败");

// 好：携带具体信息
throw runtime_error("文件读取失败：路径=" + path + "，错误码=" + to_string(errno));

捕获异常对象时使用引用类型（防止切片问题）

当抛出子类异常对象，但用父类值类型捕获时，会发生 “切片”—— 子类对象中 “父类没有的成员（属性、方法）” 会被 “截断”，最终得到的是一个纯父类对象，丢失子类特有的信息。

这是异常处理中的隐蔽问题，会导致无法获取子类异常的完整错误信息（如自定义异常的业务错误码、详细描述）。

错误示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;

// 子类异常：携带业务错误码（父类std::runtime_error没有该成员）
class BusinessError : public runtime_error {
private:
    int err_code_; // 子类特有成员：业务错误码
public:
    BusinessError(int code, const string& msg) 
        : runtime_error(msg), err_code_(code) {}

    // 子类特有方法：获取错误码
    int getErrorCode() const { return err_code_; }

    // 重写what()，拼接错误码和描述
    const char* what() const noexcept override {
        static string full_msg = "错误码[" + to_string(err_code_) + "]: " + runtime_error::what();
        return full_msg.c_str();
    }
};

int main() {
    try {
        // 抛出子类异常对象（含错误码1001）
        throw BusinessError(1001, "用户ID无效");
    }
    // 错误：用父类值类型（runtime_error）捕获
    catch (runtime_error e) { // 这里发生切片！
        // 此时e是纯runtime_error对象，子类的err_code_已被截断
        cout << "捕获到异常：" << e.what() << endl; 
        // 无法调用getErrorCode()：e的编译时类型是父类，且子类成员已丢失
        // cout << "错误码：" << e.getErrorCode() << endl; // 编译报错
    }
    return 0;
}

运行结果（切片导致的问题）：

捕获到异常：错误码[0]: 用户ID无效  // 子类的err_code_被截断，变成默认值0

C++ 的解决方案：用「父类 const 引用」捕获

C++ 中避免切片的核心是：捕获异常时，永远用「const 引用」类型（而非值类型）。引用传递不会拷贝整个对象，仅绑定到抛出的异常对象，且能完整保留子类的所有成员。

修正后的代码（正确用法）：

int main() {
    try {
        throw BusinessError(1001, "用户ID无效");
    }
    // 正确：用父类const引用捕获
    catch (const runtime_error& e) { // 无切片，绑定子类对象
        cout << "捕获到异常：" << e.what() << endl; // 能获取完整子类信息
        // 若需调用子类特有方法，可动态转型（可选）
        if (const BusinessError* be = dynamic_cast<const BusinessError*>(&e)) {
            cout << "错误码：" << be->getErrorCode() << endl;
        }
    }
    return 0;
}

运行结果（无切片）：

捕获到异常：错误码[1001]: 用户ID无效
错误码：1001

总结与实践建议

通过本文的案例对比和知识点梳理，你应该明白：C++ 异常不是返回值的替代品，而是复杂场景下的 “优雅解”—— 它解决了深层调用中错误码传递的冗余、无返回值场景的错误处理等痛点。

核心要点回顾

异常机制：throw抛出异常，try监控代码，catch捕获处理，异常会自动向上传播；
异常体系：优先使用标准异常，自定义异常继承std::exception，重写what()方法；
场景选择：简单错误用std::optional/std::expected，严重错误 / 深层调用 / 构造函数错误用异常；
异常安全：依赖 RAII（智能指针、标准库容器），避免手动管理资源；
关键禁忌：析构函数不抛异常、捕获顺序子类在前、不抛裸指针异常。

参考

https://cloud.tencent.com/developer/article/2382231

引言