[C++高频精进] 异常处理：异常传播与栈展开

核心要点速览

• 异常传播：无匹配catch时，异常逐层向上传递至调用者，直至捕获或触发std::terminate()
• 栈展开：传播过程中自动逆序销毁局部对象（按构造逆序），保障资源回收
• 核心规则：析构函数禁止抛异常（避免双重异常），未完全构造对象不执行析构
• 异常安全：依赖栈展开原子性 + RAII 机制，避免资源泄漏
• 补充要点：异常匹配优先精确 / 继承兼容，捕获const引用可避免异常切片

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一、异常传播：从抛出点到捕获点的传递逻辑

概念

函数抛出异常且自身无匹配try-catch时，异常会沿函数调用栈逐层向上传播，依次遍历调用者上下文，直到被某个catch块捕获；若全程无捕获，程序调用std::terminate()终止（默认执行std::abort()）。

传播流程

1. 函数调用链：A→B→C，C 中抛出异常；
2. C 无catch匹配，异常传播至 B；
3. B 无catch匹配，继续传播至 A；
4. A 的try块监控到异常，匹配catch执行处理；
5. 若 A 仍无匹配，异常传播至main函数，最终未捕获则程序终止。

细节

• 异常传播时，被跳过函数中 “已执行但未进入try块” 的代码不再执行；
• 传播仅终止当前线程执行流，不跨线程影响其他线程；
• std::terminate()可通过std::set_terminate()自定义，但无法恢复程序执行，不推荐使用；
• 异常匹配遵循 “精确匹配优先、派生类兼容基类匹配”，捕获值会导致 “异常切片”（丢失派生类信息），推荐捕获const引用；
• 异常对象存储于专用内存区域，传播过程中仅拷贝或引用，处理完成后自动销毁。

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二、栈展开：异常传播时的资源回收机制

概念

异常传播过程中，编译器自动触发栈展开：从异常抛出点开始，逆序遍历函数调用栈，销毁 “try块到抛出点之间” 的所有局部对象（自定义对象、智能指针等），确保资源（内存、文件句柄、锁）被正确释放。

特性

• 逆序销毁：严格遵循 “后构造先销毁”，与正常函数退出时的对象销毁顺序一致；
• 原子性：局部对象析构强制连续执行，不会因中间错误中断；
• 无额外开销：编译器自动实现，无需手动编写回收代码；
• 终止条件：异常被catch块捕获后，栈展开立即停止，程序跳转至catch块后继续执行。

代码示例（直观理解逆序销毁）

class ResourceGuard {
public:
    ResourceGuard(const std::string& name) : resName(name) {}
    ~ResourceGuard() { std::cout << "释放资源：" << resName << std::endl; }
private:
    std::string resName;
};

void riskyFunc() {
    ResourceGuard res1("文件句柄");
    ResourceGuard res2("内存块");
    throw std::out_of_range("索引越界"); // 触发栈展开
}
// 栈展开时输出：释放资源：内存块 → 释放资源：文件句柄（逆序销毁）

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三、关键规则与风险规避

1. 析构函数禁止抛出异常

• 风险：栈展开过程中，析构函数抛新异常会导致 “双重异常”，程序直接终止；
• 规则：C++11 后析构函数默认隐式noexcept，显式声明更清晰；内部错误需自行处理（如记录日志），不向外抛出。

正确示例

class SafeGuard {
public:
    ~SafeGuard() noexcept { // 显式声明noexcept
        try { releaseResource(); }
        catch(...) { std::cerr << "资源释放失败" << std::endl; } // 内部处理错误
    }
};

2. 未完全构造的对象，析构函数不执行

• 规则：构造函数抛出异常时，对象视为 “未完全构造”，其析构函数不会被调用；
• 风险：构造函数中分配的资源（如new内存、文件句柄）会泄漏；
• 解决方案：用 RAII 机制管理资源（智能指针、资源守卫类），确保构造失败时资源自动释放。

3. 栈展开不销毁动态分配对象

• 规则：栈展开仅销毁栈上局部对象，堆上动态分配的对象（new/malloc创建）不会自动释放；
• 规避方案：优先用unique_ptr/shared_ptr管理动态内存，利用 RAII 机制在栈展开时自动释放堆内存。

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补充

• 异常传播与函数调用栈：传播路径即调用栈回溯路径，栈展开仅覆盖 “try块到抛出点” 的栈帧；
• 栈展开性能开销：主要来自局部对象析构调用，性能影响可忽略，远低于资源泄漏的风险；
• 异常安全等级：最高为 “强异常安全”（异常后程序状态恢复如初），依赖栈展开 + RAII 机制实现；
• 多线程异常传播：线程内异常仅在当前线程传播，未捕获会导致当前线程终止，不影响进程（除非主线程）；
• 异常重新抛出：catch块中用throw;可保留原异常完整信息，避免throw 异常对象;导致的信息丢失。