錯誤處理和例外

錯誤處理是穩健軟體開發的關鍵環節。C++ 透過例外提供強大的錯誤處理機制，允許將錯誤處理程式碼與正常程式邏輯分離。這與 JavaScript 更常見的傳回值和用於非同步操作的 try...catch 區塊有顯著不同。

例外處理機制 (try-catch-throw)

在 C++ 中，例外用於發出和處理程式執行期間發生的異常情況或錯誤。例外處理的核心組件是：

• throw： 用於發出異常情況。當錯誤發生時，會 throw 一個例外。
• try 區塊： 可能發生例外的程式碼區塊。此區塊內的程式碼會受到監控，以偵測例外。
• catch 區塊： 處理特定類型例外的程式碼區塊。如果在 try 區塊內拋出例外，程式會跳轉到適當的 catch 區塊。

例外安全保證

在設計可能拋出例外的函式時，考慮例外安全保證非常重要。這些保證描述了如果拋出例外時程式的狀態：

1. 不拋出保證 (最強)： 函式永遠不會拋出例外。
2. 強保證： 如果拋出例外，程式的狀態保持不變（就像從未呼叫過函式一樣）。
3. 基本保證： 如果拋出例外，程式保持在有效狀態，但確切狀態未指定。
4. 無保證 (最弱)： 如果拋出例外，對程式狀態沒有任何保證。

錯誤碼 vs. 例外

歷史上，C 語言風格的程式設計通常使用錯誤碼（傳回特殊值以指示錯誤）進行錯誤處理。雖然簡單，但這種方法可能導致程式碼冗長且容易忽略錯誤。

例外在現代 C++ 中通常用於異常情況，因為：

• 它們將錯誤處理邏輯與正常程式碼流程分離。
• 它們沿著呼叫堆疊傳播，直到被捕獲，防止錯誤被忽略。
• 它們可以攜帶更多關於錯誤的資訊。

RAII (資源取得即初始化) 資源管理

RAII 是 C++ 中用於安全管理資源（如記憶體、檔案句柄、網路連線）的基本慣用語。它指出資源取得應在建構函式中發生，資源釋放應在解構函式中發生。當物件超出作用域時（無論是正常情況還是由於例外），其解構函式都會自動呼叫，確保資源得到正確清理。

這對於例外尤其重要，因為它保證即使例外繞過正常函式退出點，資源也能得到釋放。

與 JavaScript 錯誤處理的比較

JavaScript 主要使用 Error 物件和 try...catch 區塊進行同步錯誤處理。對於非同步操作，Promise 和 async/await 與 try...catch 結合使用很常見。

例外處理最佳實踐

1. 按值拋出，按引用捕獲： 將例外作為物件拋出（按值），並按常數引用捕獲（const std::exception& 或 const MyException&）。這可以避免切片和不必要的複製。
2. 先捕獲特定例外： 在更通用的例外類型之前捕獲更特定的例外類型。
3. 使用 std::exception 階層： 從 std::exception 或其子類別（例如，std::runtime_error、std::logic_error）衍生自訂例外類別。
4. 避免在解構函式中拋出： 從解構函式中拋出例外可能導致 std::terminate，如果另一個例外已經活躍。
5. 將例外用於異常情況： 不要將例外用於正常程式流程或預期情況。例如，不要使用例外來表示使用者輸入了無效輸入；而是使用驗證和傳回值。
6. RAII 是關鍵： 利用 RAII 確保資源清理，即使發生例外。

常見例外處理陷阱

• 按值捕獲： 如果按基底類別類型捕獲衍生例外，可能導致物件切片。
• 忽略例外： 不捕獲例外可能導致程式終止。
• 過度使用例外： 將例外用於非異常情況可能會損害性能並使程式碼難以閱讀。
• 未處理所有例外： 通用 catch (...) 可以作為最後的手段，但特定處理程式更好。

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練習題：

1. 描述 C++ 例外處理中的 try、catch 和 throw 關鍵字。它們如何協同工作來管理錯誤？
2. 什麼是 RAII，為什麼它被認為是 C++ 中資源管理的基本慣用語？提供一個範例，說明 RAII 如何幫助確保資源清理，即使發生例外。
3. 比較和對比 C++ 的例外處理機制與 JavaScript 的錯誤處理。它們在方法上的主要差異是什麼？

專案構想：

• 建立一個簡單的 C++ 程式，模擬檔案處理工具。實作可能失敗的函式（例如，openFile、readFile、writeFile）。使用 C++ 例外處理檔案未找到、權限被拒絕或磁碟已滿等錯誤。確保所有資源（檔案句柄）都使用 RAII 原則正確關閉，即使發生例外。