错误处理和异常

错误处理是健壮软件开发的关键环节。C++ 通过异常提供强大的错误处理机制，允许将错误处理代码与正常程序逻辑分离。这与 JavaScript 更常见的返回值和用于异步操作的 try...catch 块有显著不同。

异常处理机制 (try-catch-throw)

在 C++ 中，异常用于信号和处理程序执行期间发生的异常情况或错误。异常处理的核心组件是：

• throw： 用于信号异常情况。当错误发生时，会 throw 一个异常。
• try 块： 可能发生异常的代码块。此块内的代码会受到监控，以检测异常。
• catch 块： 处理特定类型异常的代码块。如果在 try 块内抛出异常，程序会跳转到适当的 catch 块。

异常安全保证

在设计可能抛出异常的函数时，考虑异常安全保证非常重要。这些保证描述了如果抛出异常时程序的 상태：

1. 不抛出保证 (最强)： 函数永远不会抛出异常。
2. 强保证： 如果抛出异常，程序的状态保持不变（就像从未调用过函数一样）。
3. 基本保证： 如果抛出异常，程序保持在有效状态，但确切状态未指定。
4. 无保证 (最弱)： 如果抛出异常，对程序状态没有任何保证。

错误码 vs. 异常

历史上，C 语言风格的编程通常使用错误码（返回一个特殊值来指示错误）进行错误处理。虽然简单，但这种方法可能导致代码冗长且容易忽略错误。

异常在现代 C++ 中通常用于异常情况，因为：

• 它们将错误处理逻辑与正常代码流程分离。
• 它们沿着调用堆栈传播，直到被捕获，防止错误被忽略。
• 它们可以携带更多关于错误的信息。

RAII (资源获取即初始化) 资源管理

RAII 是 C++ 中用于安全管理资源（如内存、文件句柄、网络连接）的基本惯用语。它指出资源获取应在构造函数中发生，资源释放应在析构函数中发生。当对象超出作用域时（无论是正常情况还是由于异常），其析构函数都会自动调用，确保资源得到正确清理。

这对于异常尤其重要，因为它保证即使异常绕过正常函数出口点，资源也能得到释放。

与 JavaScript 错误处理的比较

JavaScript 主要使用 Error 对象和 try...catch 块进行同步错误处理。对于异步操作，Promise 和 async/await 与 try...catch 结合使用很常见。

异常处理最佳实践

1. 按值抛出，按引用捕获： 将异常作为对象抛出（按值），并按常量引用捕获（const std::exception& 或 const MyException&）。这可以避免切片和不必要的复制。
2. 先捕获特定异常： 在更通用的异常类型之前捕获更特定的异常类型。
3. 使用 std::exception 层次结构： 从 std::exception 或其子类（例如，std::runtime_error、std::logic_error）派生自定义异常类。
4. 避免在析构函数中抛出： 从析构函数中抛出异常可能导致 std::terminate，如果另一个异常已经活跃。
5. 将异常用于异常情况： 不要将异常用于正常程序流程或预期情况。例如，不要使用异常来信号用户输入了无效输入；而是使用验证和返回值。
6. RAII 是关键： 利用 RAII 确保资源清理，即使发生异常。

常见异常处理陷阱

• 按值捕获： 如果按基类类型捕获派生异常，可能导致对象切片。
• 忽略异常： 不捕获异常可能导致程序终止。
• 过度使用异常： 将异常用于非异常情况可能会损害性能并使代码难以阅读。
• 未处理所有异常： 通用 catch (...) 可以作为最后的手段，但特定处理程序更好。

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练习题：

1. 描述 try、catch 和 throw 关键字在 C++ 异常处理中的作用。它们如何协同工作来管理错误？
2. 什么是 RAII，为什么它被认为是 C++ 中资源管理的基本惯用语？提供一个示例，说明 RAII 如何帮助确保资源清理，即使发生异常。
3. 比较和对比 C++ 的异常处理机制与 JavaScript 的错误处理。它们在方法上的主要差异是什么？

项目构想：

• 创建一个简单的 C++ 程序，模拟文件处理工具。实现可能失败的函数（例如，openFile、readFile、writeFile）。使用 C++ 异常处理文件未找到、权限被拒绝或磁盘已满等错误。确保所有资源（文件句柄）都使用 RAII 原则正确关闭，即使发生异常。