<stdexcept> 是 C++ 标准库中专门用于提供标准异常类的头文件。这些异常类继承自 std::exception，为常见错误情况提供了具体的异常类型，使得程序可以抛出和捕获更具描述性的异常，从而提高代码的可读性和健壮性。

目录

  1. 简介
  2. 常见的标准异常类
  3. 使用 <stdexcept> 抛出异常
  4. 捕获和处理标准异常
  5. 自定义异常与 <stdexcept> 的关系
  6. 常见注意事项
  7. 结论

1. 简介

<stdexcept> 定义了许多标准异常类，用于描述程序中可能发生的错误。相比直接使用 std::exception，这些类能够更具体地表达错误类型，从而让异常处理更具语义。只需包含头文件：

#include <stdexcept>

2. 常见的标准异常类

标准异常类大致分为两类：逻辑错误（程序设计上的错误）和运行时错误（运行过程中可能出现的问题）。

2.1 逻辑错误类

逻辑错误类主要用于指示程序设计中违反预期条件的错误，这些错误通常可以在编译前或运行前检查出来。常见的逻辑错误类包括：

  • std::logic_error：所有逻辑错误的基类。
    • std::invalid_argument：无效参数错误。例如，当传入函数的参数不符合要求时。
    • std::domain_error：参数超出函数定义域时抛出。
    • std::length_error：长度错误，如试图创建超出容器限制的对象。
    • std::out_of_range：当索引超出范围时抛出异常。

示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void validateAge(int age) {
    if (age < 0 || age > 150) {
        throw std::out_of_range("年龄超出合理范围");
    }
}

int main() {
    try {
        validateAge(200);
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "逻辑错误捕获: " << ex.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

2.2 运行时错误类

运行时错误类用于指示在程序运行过程中出现的问题，这类错误通常不能通过编译期检查发现。常见的运行时错误类包括：

  • std::runtime_error：所有运行时错误的基类。
    • std::range_error：超出范围错误，通常用于数学计算中。
    • std::overflow_error：上溢错误。
    • std::underflow_error：下溢错误。

示例：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

double divide(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("除数不能为零");
    }
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        std::cout << "结果: " << divide(10, 0) << std::endl;
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "运行时错误捕获: " << ex.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

3. 使用 <stdexcept> 抛出异常

在遇到不符合预期的情况时，使用 <stdexcept> 中的异常类可以让异常信息更具体，便于定位问题。例如：

#include <stdexcept>
#include <string>

void setName(const std::string& name) {
    if (name.empty()) {
        throw std::invalid_argument("名称不能为空");
    }
    // 继续设置名称的操作……
}

4. 捕获和处理标准异常

在捕获异常时，推荐使用基类引用捕获（如 const std::exception&），这样可以捕获所有标准异常，且避免对象切片问题：

#include <iostream>
#include <stdexcept>

int main() {
    try {
        // 可能抛出 std::invalid_argument 或其他 std::logic_error 派生类的代码
        setName("");
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "异常: " << ex.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

5. 自定义异常与 <stdexcept> 的关系

当标准异常类不能满足具体需求时，你可以继承自 std::logic_error 或 std::runtime_error 来定义自定义异常。这样可以利用标准异常的基本接口（如 what()）和继承体系，同时加入自定义的错误信息。

示例：

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

class MyCustomException : public std::runtime_error {
public:
    explicit MyCustomException(const std::string& msg)
        : std::runtime_error("MyCustomException: " + msg) { }
};

void process(int value) {
    if (value < 0) {
        throw MyCustomException("负值不允许");
    }
    // 其他处理……
}

int main() {
    try {
        process(-1);
    } catch (const std::exception& ex) {
        std::cerr << "捕获自定义异常: " << ex.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

6. 常见注意事项

  • 异常安全性：在抛出异常前，确保已经正确释放了资源（推荐使用 RAII 技术）。
  • 信息明确：选择合适的异常类型以便清楚表达错误的性质。
  • 层次结构：利用标准异常类的继承结构，有助于对不同错误进行细粒度处理。
  • 异常捕获顺序：当捕获多个异常时，先捕获派生类，再捕获基类，避免被基类捕获后遗漏处理更具体的错误。

7. 结论

<stdexcept> 为 C++ 程序提供了一套标准化的异常类，用于描述逻辑错误和运行时错误。通过合理使用这些异常类，可以使程序在出错时提供清晰、有意义的错误信息，并实现统一的错误处理策略。掌握 <stdexcept> 的使用对于编写健壮、易于维护的 C++ 应用程序至关重要。

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