核心要点速览

  • 标准库异常：以std::exception为基类，分逻辑错误（编译可避免）和运行时错误（运行不可预知）两大类，核心接口what()返回错误描述
  • 自定义异常：推荐继承std::exception，重写what()（必须加noexcept），语义需贴合业务场景
  • 核心原则：优先复用标准库异常，自定义异常兼顾兼容性与信息完整性，杜绝基本类型异常，避免滥用

一、标准库异常体系（<stdexcept>）

结构

标准库提供了一套统一的异常类继承体系，所有标准异常均派生自std::exception抽象基类。这种设计保证了异常处理的兼容性 —— 无论捕获具体异常还是统一捕获基类引用，都能有效处理，是面试中 “规范异常使用” 的核心考点。

基类：std::exception

  • 接口：virtual const char* what() const noexcept;
    纯虚函数，返回 C 风格错误描述字符串，子类必须重写该方法才能实例化。
  • 特性：无参构造、拷贝构造、拷贝赋值均被标记为noexcept，确保异常对象自身的构造和拷贝过程不会抛出新异常（避免双重异常）。

异常分类与常用派生类

标准异常按错误性质分为两大类，需精准区分适用场景， “错误类型与异常类的对应关系”：

1. 逻辑错误（std::logic_error）

  • 特点：编译阶段可预判、可避免的错误（本质是编程逻辑缺陷），抛出这类异常通常意味着代码存在可修复的问题。
  • 常用派生类及场景：
    • std::invalid_argument：参数无效，比如传递负数给 “年龄” 参数、空指针给需非空的函数。
    • std::out_of_range：范围越界，比如数组索引超出大小、字符串substr的起始位置超出长度。
    • std::domain_error：定义域错误，比如给平方根函数传入负数、数学运算的参数超出有效定义域。

2. 运行时错误（std::runtime_error）

  • 特点：编译阶段无法预知，由运行环境或资源状态导致的错误（非编程逻辑问题），即使代码无缺陷也可能触发。
  • 常用派生类及场景：
    • std::range_error：数值范围错误，比如计算结果溢出 / 下溢（如 int 类型相加超出最大值）。
    • std::overflow_error：算术溢出，专门用于标记数值运算时的溢出场景（比range_error更精准）。

特殊标准异常（无需<stdexcept>）

  • std::bad_alloc：new动态分配内存失败（系统内存耗尽）时自动抛出。
  • std::bad_cast：dynamic_cast向下转型失败（如基类指针转无关子类指针）时抛出。

使用细节（避坑要点）

  • what()返回值仅作调试参考，不可依赖格式（编译器实现不同）。
  • 逻辑错误需手动抛出（提示修复代码），运行时错误可手动抛出或系统触发。
  • 避免直接抛出std::logic_error/std::runtime_error基类，需用具体派生类（便于精准处理）。

二、自定义异常类

1. 设计原则

  1. 兼容性：继承std::exception或其派生类（支持统一捕获）。
  2. 信息完整：存储关键信息（如文件名、错误码、原因），便于定位问题。
  3. 安全性：what()必须加noexcept，构造 / 析构不可抛异常。
  4. 语义清晰：类名贴合业务（如FileException/NetworkException），避免模糊命名。

2. 正确实现示例

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class FileException : public std::exception {
private:
    std::string errorMsg; // 存储完整错误信息
public:
    // 构造函数：拼接文件名+错误原因
    FileException(const std::string& filename, const std::string& reason) {
        errorMsg = "文件操作失败：文件名=" + filename + "，原因=" + reason;
    }
    // 重写what()，显式noexcept+override
    const char* what() const noexcept override {
        return errorMsg.c_str();
    }
};

3. 常见错误

  • 漏加noexcept：what()抛异常会触发双重异常，程序直接终止。
  • 未重写what()：返回基类默认无意义信息，失去异常提示价值。
  • 滥用动态内存：异常类中new的资源需在析构函数（noexcept修饰）中释放，否则易泄漏。

4. 简化实现技巧

若业务场景可匹配标准异常子类，直接继承该子类，复用父类构造和what()：

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// 继承std::invalid_argument，复用父类逻辑
class InvalidAgeException : public std::invalid_argument {
public:
    using std::invalid_argument::invalid_argument; // 复用构造函数
};
// 使用：throw InvalidAgeException("年龄必须在0-150之间，当前值：200");
写法 异常的 “标签” 调用者看到的信息
throw std::invalid_argument("年龄无效") 技术标签：参数无效 知道是参数错了，但不知道是哪个参数（年龄？手机号？密码？）
throw InvalidAgeException("年龄无效") 业务标签：年龄无效 一眼就知道是 “年龄” 这个业务字段出了问题

三、异常使用的最佳实践

1. 异常类型选择优先级

  1. 优先用标准库异常（避免重复造轮子，提升兼容性）；
  2. 标准库无法覆盖时，自定义异常（遵循设计原则）；
  3. 坚决杜绝基本类型异常（throw 1/throw "error"，语义模糊，不支持多态捕获）。

2. 异常安全要求

  • 异常对象构造安全：构造函数不可抛异常，避免无法生成异常对象。
  • 资源清理依赖 RAII：用智能指针、资源守卫类管理try块中资源（文件句柄、锁、动态内存），防止泄漏。
  • 捕获粒度合理：先捕获具体异常（自定义 / 标准库派生类）→ 再用catch(const std::exception&)兜底 → 可选catch(...)（需记录日志，不吞异常）。

3. 避免滥用异常

  • 不用于控制流程：异常是 “错误处理机制”，不可替代if-else（如不用异常判断用户输入为空）。
  • 不抛笼统异常：避免直接抛std::exception，导致调用者无法区分具体错误。
  • 轻量场景用错误码：简单参数校验、非严重错误（如输入格式错），返回错误码更高效（避免异常栈展开开销）。

补充

  1. what()返回值生命周期：与异常对象一致，对象销毁后不可访问（避免悬垂指针）。
  2. 多态捕获：所有异常（标准 + 自定义）继承std::exception，故catch(const std::exception&)可统一捕获，是异常体系核心设计。
  3. 逻辑 / 运行时错误边界：编码阶段可通过逻辑避免→logic_error子类；编码阶段无法控制（如系统内存、文件是否存在）→runtime_error子类。