C++基础与深度解析 | 异常处理 | 枚举与联合 | 嵌套类与局部类 | 嵌套名字空间与匿名名字空间 | 位域与volatile关键字

一、异常处理

  异常处理用于处理程序在调用过程中的非正常行为。

• 传统的处理方法：传返回值表示函数调用是否正常结束。

  例如，返回 0 表示成功，非 0 表示失败。这种方法的缺点是函数的返回值被错误处理逻辑占用，不能用于其他目的。

  这种方法有局限性

• C++ 中的处理方法：通过关键字 try/catch/throw 引入异常处理机制

  通过 try/catch/throw 引入了结构化的错误处理机制，使得错误处理逻辑与正常逻辑分离，提高了代码的可读性和可维护性。

  C++异常处理的关键组件：

  • throw关键字

    throw 关键字用于抛出一个异常。它后面可以跟任意类型的表达式，该表达式的结果将被用作异常对象

  • try块

    try块包含了可能会抛出异常的代码。如果 try 块中的代码抛出了异常，那么与之匹配的 catch 块将被执行。

  • catch块

    catch块用于捕获并处理异常。可以有多个 catch 块来捕获不同类型的异常。

  • 异常类

    C++标准库中定义了一些基本的异常类，如 std::exception、std::runtime_error、std::logic_error 等

异常触发时的系统行为—栈展开：

• 抛出异常后续的代码不会被执行

  一旦抛出异常，throw 语句之后的代码将不会被执行。控制流会立即转移到异常处理机制。

• 局部对象会按照构造相反的顺序自动销毁

  在栈展开过程中，局部对象（包括由 new 分配的对象）会按照它们构造的相反顺序自动销毁。这是为了保证资源的正确释放，防止内存泄漏。

• 系统尝试匹配相应的 catch 代码段

  • 如果找到匹配的 catch 块：

    • 执行 catch 块中的异常处理逻辑。
    • 异常被“捕获”后，catch 块之后的代码会继续执行。

  • 如果没有找到匹配的 catch 块：

    • 栈展开会继续进行，直到找到匹配的 catch 块或者退出当前函数。

    • 如果当前函数中没有找到匹配的

      块，栈展开会继续，直到：

      • 找到一个匹配的 catch 块。

      • 达到 main 函数。

        如果在 main 函数之前的所有函数中都没有找到匹配的 catch 块，程序将退出 main 函数。如果程序在退出 main 函数之前没有捕获到异常，std::terminate 函数将被调用。这通常会导致程序立即终止。

异常对象：

• 系统会使用抛出的异常拷贝初始化一个临时对象，称为异常对象
• 异常对象会在栈展开过程中被保留，并最终传递给匹配的 catch 语句

try / catch语句块：

• 一个 try 语句块后面可以跟一到多个 catch 语句块（至少跟一个）

• 每个 catch 语句块用于匹配一种类型的异常对象

  可以有多个catch块，每个用于处理不同类型的异常。

• catch 语句块的匹配按照从上到下进行

  catch块按照它们在代码中出现的顺序（从上到下）进行匹配。一旦找到匹配的异常类型，就执行相应的catch块，忽略后面的catch块。

• 使用 catch(…) 匹配任意异常

  catch(...)是一个通用的异常捕获器，它可以捕获任何类型的异常，包括未被前面的catch块捕获的异常。

• 在 catch 中调用 throw 继续抛出相同的异常

  在catch块中，可以使用throw;（不带参数）来重新抛出当前捕获的异常，这将导致继续搜索外层catch块。

示例：

#include <iostream>struct Str{};
struct Base{};
struct Derive : Base{};void f1()
{int x;Str obj;//throw Derive{}; //打印Derive exception is called in f2 throw Str{};  //打印exception is called in f2
}void f2()
{int x2;Str obj2;try{f1();}catch(Derive& e){std::cout << "Derive exception is called in f2 " << "\n";}catch(Base& e){std::cout << "Base exception is called in f2 " << "\n";}catch(...){std::cout << "exception is called in f2" << "\n";throw;  //重新抛出当前捕获的异常}std::cout << "other logic in f2.\n";
}void f3()
{try{f2(); }catch(Str& e){std::cout << "exception is called in f2" << "\n";}
}int main()
{f3();
}

在一个异常未处理完成时抛出新的异常会导致程序崩溃：

• 不要在析构函数或 operator delete 函数重载版本中抛出异常
• 通常来说， catch 所接收的异常类型为引用类型

异常与构造、析构函数：

• 使用 function-try-block保护初始化逻辑

  在C++中，function-try-block允许你在函数的初始化列表和函数体中使用try和catch。这在构造函数中特别有用，因为它可以保护对象的初始化代码。

  示例：

  #include <iostream>struct Str
  {Str() { throw 100; }
  }class Resource {
  public:Resource() try : m_str(){}catch(int){std::cout << "Exception is catched at Resource::Resource" << std::endl;throw;}private:Str m_str;
  };int main()
  {try{Resource obj; }catch(int){std::cout << "Exception is catched at main" << std::endl;}
  }
  

  运行结果：

  Exception is catched at Resource::Resource
  Exception is catched at main
  

• 在构造函数中抛出异常：

  • 已经构造的成员对象会被销毁

    如果在构造函数中抛出异常，已经构造的成员对象将按照它们构造的相反顺序自动销毁。

  • 类本身的析构函数不会被调用

    如果异常是在对象的构造过程中抛出的，并且没有被捕获，那么类的析构函数不会被调用。这是因为对象被视为未完全构造，因此析构函数不适用。

  • 局部对象的销毁

    如果对象是局部的（即在栈上），异常抛出时，局部对象会自动销毁，但不会调用其析构函数。

  • 动态分配对象的销毁

    如果对象是动态分配的（即使用new），在构造函数中抛出异常且未被捕获时，需要手动释放分配的内存，因为析构函数不会被调用。

描述函数是否会抛出异常：

• 如果函数不会抛出异常，则应表明，从而为系统提供更多的优化空间

  • C++ 98 的方式：
    • throw() ：表明不会抛出异常
    • throw(int, char)：表明可能抛出异常，显式给定了要抛出异常的类型
  • C++11 后的改进：
    • noexcept ：表明不会抛出异常
    • noexcept(false)：表明可能抛出异常，不需要显式给定会抛出哪种类型的异常

• noexcept

  • 限定符：接收 false / true 表示是否会抛出异常
  • 操作符：接收一个表达式，根据表达式是否可能抛出异常返回 false/true
  • 在声明了 noexcept 的函数中抛出异常会导致 terminate 被调用，程序终止
  • 不作为函数重载依据，但函数指针、虚拟函数重写时要保持形式兼容

示例：

#include <iostream>void fun2()
{}void fun() noexcept(noexcept(fun2()))
{fun2();
}int main()
{std::cout << noexcept(fun()) << std::endl;
}

二、枚举与联合

三、嵌套类与局部类

四、嵌套名字空间与匿名名字空间

五、位域与volatile关键字