C++的标准程序库异常处理

  C++标准提供了一组标准异常类，这些类以基类Exception开始，标准程序库抛出的所有异常，都派生与该基类，这些类构成如图所示的异常类的派生继承关系。该继承类提供一个成员函数what()，用于返回错误信息（返回类型为const char*）。在Exception类中，what()函数的声明如下：
virtual const char* what() const throw();
该函数可以在派生类中重新定义

标准异常类的继承关系

  下表中列出了各个具体异常类的含义及定义它们的头文件。runtime_error和logic_error是一些具体的异常类的基类，它们分别表示两大异常类。logic_error表示那些可以在程序中被预先检测到的异常，也就是说如果小心地编写程序，这类异常能够避免；而runtime_error则表示那些难以被预先检测的异常。

C++标准库各种异常类所代表的的异常

异常类	头文件	异常的含义
bad_alloc	exception	用 new 动态分配空间失败
bad_cast	new	执行dynamic_cast失败
bad_typeid	typeinfo	对某个空指针p执行typeid(*p)
bad_exception	typeinfo	当某个函数fun()因在执行过程中抛出了异常声明所不允许的异常而调用unexpected()函数时，若unexpected()函数又一次抛出了fun()的异常声明所不允许的异常，且fun()的异常声明列表中有bad_exception，则会有一个bad_exception异常在fun()的调用点被抛出
ios_base::failure	ios	用来表示 C++ 的输入输出流执行过程中发生的错误
underflow_error	stdexcept	算术运算时向下溢出
overflow_error	stdexcept	算术运算时向上溢出
range_error	stdexcept	内部计算时发生作用域的错误
out_of_range	stdexcept	表示一个参数值不在允许的范围之内
length_error	stdexcept	尝试创建一个长度超过最大允许值的对象
invalid_argument	stdexcept	表示向函数传入无效参数
domain_error	stdexcept	执行一段程序所需要的先决条件不满足

  习惯：一些编程语言规定只能抛掷某个类的派生类（例如 Java 中允许抛掷的类必须派生自 Exception 类），C++ 虽然没有这项强制的要求，但仍然可以这样实践。例如，在程序中可以使得所有抛出的异常皆派生自 Exception（或者直接抛出标准程序库提供的异常类型，或者从标准程序库提供的异常类派生出新的类），这样会带来很多方便。
  logic_error 和 runtime_error 两个类及其派生类，都有一个接受const string &型参数的构造函数。在构造异常对象时需要将具体的错误信息传递给该参数，如果调用该对象的 what() 函数，就可以得到构造时提供的错误信息。
  下面的例子使用了标准程序库提供的异常类。
例：三角形面积计算
  编写一个计算三角形面积的函数，函数的参数为三角形三边长 a，b，c，可以用 Heron 公式计算：
$$设p=\frac{a+b+c}{2}，则三角形面积S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}$$
  在计算三角形面积的函数中需要判断输入的参数 a，b，c 是否构成一个三角形，若三角形三个边长不能构成三角形，则需要抛出异常。下面是源程序：

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//	Filename : 三角形面积计算						   	
//	Time     : 2019年6月26日						   
//	Author   : 柚子树					   	
//	Email    : gz_duyong@163.com		   										   
//==========================================

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <stdexcept>
using namespace std;

//给出三角形三边长，计算三角形面积
double Area(double a, double b, double c) throw (invalid_argument)
{
	//判断三角形三边长是否为正
	if (a <= 0 || b <= 0 || c <= 0)
	{
		throw invalid_argument("the side length should be positive");
	}
	//判断三边长是否满足三角不等式
	if (a + b <= c || a + c <= b || b + c <= a)
	{
		throw invalid_argument("the side length should fit the triangle inequation");
	}
	//由 Heron 公式计算三角形面积
	double s = (a + b + c) / 2;
	return sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c));
}

int main()
{
	double a, b, c;			//三角形三边长
	cout << "Please input the side lengths of a triangle:";
	cin >> a >> b >> c;
	try
	{
		double s = Area(a, b, c);
		cout << "Area = " << s << endl;
	}
	catch (exception &e)
	{
		cout << "Error:" << e.what() << endl;
	}

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

程序运行结果 1：

Please input the side lengths of a triangle:3 4 5
Area = 6

程序运行结果 2：

Please input the side lengths of a triangle:0 5 5
Error:the side length should be positive

程序运行结果 3：

Please input the side lengths of a triangle:1 2 4
Error:the side length should fit the triangle inequation

  C++ 标准程序库对于异常处理做了如下保证：C++ 标准程序库在面对异常时，保证不会发生资源泄露，也不会破坏容器的不变特性。

1. 对于以结点实现为基础的容器，如 list，set，multiset，map 和 multimap，如果结点构造失败，容器应当保持不变。同样需要保证删除结点操作不会失败。在顺序关联容器中插入多个元素时，为保证数据的有序排列，应当保证如果插入不成功，则容器元素不做任何改动。对于删除操作，确保操作成功。比如，对于列表容器，除了 remove()，remove_if()，merge()，sort() 和 unique() 之外的所有操作，要么成功，要么对容器不作任何改动。
2. 对于以数组实现为基础的容器，如 vector 和 deque，在插入和删除元素时，由于有时需要调用复制构造函数和复制赋值运算符，当这些操作失败而抛出异常时，容器的不变性能不能被保证。除此以外，对于这些容器的不变特性的保证程度以结点实现为基础的容器相同。

内容摘自《C++语言程序设计》（第四版），郑莉主编。

C++中的异常机制详解