C++ 异常处理库 <stdexcept>（建议收藏）

C++ 异常处理库 ：让程序更健壮的“安全气囊”

在编写 C++ 程序时，我们常常会遇到各种“意外”情况：比如用户输入了非法数据、文件无法打开、内存分配失败、除零操作等。这些异常如果处理不当，轻则程序崩溃，重则系统不稳定。这时，C++ 提供的异常处理机制就显得尤为重要。

而 这个头文件，就是 C++ 标准库中专门用来处理运行时异常的一套工具箱。它定义了一系列标准异常类，帮助我们以统一、规范的方式应对程序中的“意外事件”。今天，我们就来深入聊聊这个常被忽视但极其重要的库。

为什么需要 ？

想象一下，你正在开发一个计算器程序。用户输入了 “5 / 0” 这个表达式，如果程序没有做任何保护，直接执行除法运算，会发生什么？系统会抛出一个“浮点数异常”（floating-point exception），程序直接崩溃。

这就是为什么我们需要异常处理。它就像汽车的“安全气囊”——平时看不见，但关键时刻能救命。

C++ 的异常机制允许我们在出错时“跳出”当前执行流程，跳转到一个专门处理错误的代码块（catch 块），从而避免程序失控。而 就是这个机制中的“标准异常类仓库”。

核心异常类一览

头文件中定义了多个常见的异常类，它们都继承自 std::exception。这些类按用途分类，覆盖了大多数常见错误场景。

这些异常类不是“凭空出现”的，它们是 C++ 标准库为开发者准备的“标准答案”——你不需要自己定义异常，直接用即可。

使用 std::invalid_argument 的真实案例

假设我们要写一个函数，将字符串转换为整数。但用户可能输入了 “abc” 这样的非法字符。如果不做检查，程序会崩溃或返回不可预测的结果。

我们用 中的 std::invalid_argument 来处理这个问题：

#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept>
#include <cstdlib>

// 将字符串转换为整数，如果输入非法则抛出异常
int string_to_int(const std::string& str) {
    // 检查字符串是否为空
    if (str.empty()) {
        throw std::invalid_argument("输入的字符串不能为空");
    }

    // 使用 std::strtol 进行转换，并检查是否转换成功
    char* end;
    long result = std::strtol(str.c_str(), &end, 10);

    // 如果 end 没有移动到末尾，说明字符串中包含非数字字符
    if (*end != '\0') {
        throw std::invalid_argument("字符串包含非数字字符: " + str);
    }

    // 检查是否超出 int 范围
    if (result > INT_MAX || result < INT_MIN) {
        throw std::out_of_range("数值超出 int 范围: " + str);
    }

    return static_cast<int>(result);
}

int main() {
    std::string input;

    std::cout << "请输入一个整数: ";
    std::cin >> input;

    try {
        int number = string_to_int(input);
        std::cout << "转换成功: " << number << std::endl;
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        // 捕获无效参数异常
        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        // 捕获超出范围异常
        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        // 捕获所有其他标准异常
        std::cerr << "未预期的异常: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码详解：

• std::invalid_argument("...")：当输入为空或包含非数字字符时，抛出此异常。
• e.what()：返回异常的描述信息，是 std::exception 的虚函数，所有标准异常都继承了它。
• try...catch 块：用于捕获并处理异常，防止程序崩溃。
• std::strtol：C 风格的字符串转整数函数，配合 end 指针判断转换是否成功。

这个例子展示了如何用 为函数添加“安全防护”，让程序更健壮。

std::out_of_range：防止越界访问

在使用容器时，比如 vector 或 string，下标越界是非常常见的错误。C++ 提供了 std::out_of_range 来专门处理这类问题。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>

void access_vector_element(const std::vector<int>& vec, size_t index) {
    if (index >= vec.size()) {
        // 如果索引超出范围，抛出异常
        throw std::out_of_range("索引 " + std::to_string(index) + " 超出 vector 的大小 " + std::to_string(vec.size()));
    }

    std::cout << "元素值: " << vec[index] << std::endl;
}

int main() {
    std::vector<int> numbers = {10, 20, 30, 40};

    try {
        access_vector_element(numbers, 5); // 5 超出范围（size=4）
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cerr << "捕获到异常: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

重点说明：

• std::out_of_range 是专门用于“越界”场景的异常。
• 你可以在任何你认为可能越界的地方主动抛出它，提前预警。
• 与 vector::at() 方法的行为一致：at() 会自动检查边界，如果越界就抛出 std::out_of_range。

std::runtime_error：通用运行时错误

当你无法确定具体错误类型，但知道是运行时逻辑问题时，可以使用 std::runtime_error。

比如，读取配置文件失败，但不知道是文件不存在还是格式错误：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>

void read_config_file(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);
    if (!file.is_open()) {
        throw std::runtime_error("无法打开配置文件: " + filename);
    }

    std::cout << "配置文件已成功打开" << std::endl;
    // 进一步处理...
}

int main() {
    try {
        read_config_file("config.txt");
    } catch (const std::runtime_error& e) {
        std::cerr << "运行时错误: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

使用建议：

• std::runtime_error 是一个“兜底”异常类。
• 适合处理那些不属于 invalid_argument、out_of_range 等具体类型的运行时错误。
• 它的语义清晰：程序在运行过程中发生了“非预期但可处理”的错误。

最佳实践：异常处理的黄金法则

在使用 时，有几点建议你一定要记住：

1. 尽早抛出，及时捕获
   不要等到错误积累到程序崩溃才处理。在发现问题的第一时间就抛出异常。

2. 异常信息要具体
   e.what() 返回的字符串应清晰说明问题。比如 “无法打开文件: config.ini” 比 “文件错误” 更有用。

3. 不要忽略异常
   即使你暂时不想处理，也应记录日志或重新抛出。避免“吃掉”异常。

4. 避免在析构函数中抛出异常
   如果析构函数抛出异常，可能导致程序终止。这是 C++ 的“陷阱”之一。

5. 使用 RAII 配合异常
   用智能指针、RAII 资源管理，确保异常发生时资源能正确释放。

总结：让 C++ 程序更可靠

C++ 异常处理库 是一个强大而实用的工具。它不是“高级技巧”，而是编写生产级代码的必备技能。

通过使用 std::invalid_argument、std::out_of_range、std::runtime_error 等标准异常类，我们可以让程序在面对错误时“优雅降级”，而不是直接崩溃。这不仅提升了用户体验，也大大降低了后期调试的成本。

记住：一个成熟的程序，不在于它“不报错”，而在于它“出错时能处理”。而 正是帮助我们实现这一目标的关键工具。

下次你在写函数时，不妨多问一句：“如果用户传了非法参数，该怎么办？”——答案很可能是：throw std::invalid_argument("...");。

这不仅是一种编程习惯，更是一种工程素养的体现。