C++異常類型以及多級catch

首先來回顧一下上節講到的 try-catch 的用法：

try{
    // 可能拋出異常的語句
}catch(exceptionType variable){
    // 處理異常的語句
}

我們還遺留下一個問題，就是 catch 關鍵字後邊的exceptionType variable，這節就來詳細分析一下。

exceptionType是異常類型，它指明了當前的 catch 可以處理什麼類型的異常；variable是一個變量，用來接收異常信息。當程序拋出異常時，會創建一份數據，這份數據包含了錯誤信息，程序員可以根據這些信息來判斷到底出了什麼問題，接下來怎麼處理。

異常既然是一份數據，那麼就應該有數據類型。C++ 規定，異常類型可以是 int、char、float、bool 等基本類型，也可以是指針、數組、字符串、結構體、類等聚合類型。C++ 語言本身以及標准庫中的函數拋出的異常，都是 exception 類或其子類的異常。也就是說，拋出異常時，會創建一個 exception 類或其子類的對象。

exceptionType variable和函數的形參非常類似，當異常發生後，會將異常數據傳遞給 variable 這個變量，這和函數傳參的過程類似。當然，只有跟 exceptionType 類型匹配的異常數據才會被傳遞給 variable，否則 catch 不會接收這份異常數據，也不會執行 catch 塊中的語句。換句話說，catch 不會處理當前的異常。

我們可以將 catch 看做一個沒有返回值的函數，當異常發生後 catch 會被調用，並且會接收實參（異常數據）。

但是 catch 和真正的函數調用又有區別：

• 真正的函數調用，形參和實參的類型必須要匹配，或者可以自動轉換，否則在編譯階段就報錯了。
• 而對於 catch，異常是在運行階段產生的，它可以是任何類型，沒法提前預測，所以不能在編譯階段判斷類型是否正確，只能等到程序運行後，真的拋出異常了，再將異常類型和 catch 能處理的類型進行匹配，匹配成功的話就“調用”當前的 catch，否則就忽略當前的 catch。

總起來說，catch 和真正的函數調用相比，多了一個「在運行階段將實參和形參匹配」的過程。

另外需要注意的是，如果不希望 catch 處理異常數據，也可以將 variable 省略掉，也即寫作：

try{
    // 可能拋出異常的語句
}catch(exceptionType){
    // 處理異常的語句
}

這樣只會將異常類型和 catch 所能處理的類型進行匹配，不會傳遞異常數據了。

多級 catch

前面的例子中，一個 try 對應一個 catch，這只是最簡單的形式。其實，一個 try 後面可以跟多個 catch：

try{
    //可能拋出異常的語句
}catch (exception_type_1 e){
    //處理異常的語句
}catch (exception_type_2 e){
    //處理異常的語句
}
//其他的catch
catch (exception_type_n e){
    //處理異常的語句
}

當異常發生時，程序會按照從上到下的順序，將異常類型和 catch 所能接收的類型逐個匹配。一旦找到類型匹配的 catch 就停止檢索，並將異常交給當前的 catch 處理（其他的 catch 不會被執行）。如果最終也沒有找到匹配的 catch，就只能交給系統處理，終止程序的運行。

下面的例子演示了多級 catch 的使用：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Base{ };
class Derived: public Base{ };

int main(){
    try{
        throw Derived();  //拋出自己的異常類型，實際上是創建一個Derived類型的匿名對象
        cout<<"This statement will not be executed."<<endl;
    }catch(int){
        cout<<"Exception type: int"<<endl;
    }catch(char *){
        cout<<"Exception type: cahr *"<<endl;
    }catch(Base){  //匹配成功（向上轉型）
        cout<<"Exception type: Base"<<endl;
    }catch(Derived){
        cout<<"Exception type: Derived"<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
Exception type: Base

在 catch 中，我們只給出了異常類型，沒有給出接收異常信息的變量。

本例中，我們定義了一個基類 Base，又從 Base 派生類出了 Derived。拋出異常時，我們創建了一個 Derived 類的匿名對象，也就是說，異常的類型是 Derived。

我們期望的是，異常被catch(Derived)捕獲，但是從輸出結果可以看出，異常提前被catch(Base)捕獲了，這說明 catch 在匹配異常類型時發生了向上轉型（Upcasting）。

catch 在匹配過程中的類型轉換

C/C++ 中存在多種多樣的類型轉換，以普通函數（非模板函數）為例，發生函數調用時，如果實參和形參的類型不是嚴格匹配，那麼會將實參的類型進行適當的轉換，以適應形參的類型，這些轉換包括：

• 算數轉換：例如 int 轉換為 float，char 轉換為 int，double 轉換為 int 等。
• 向上轉型：也就是派生類向基類的轉換，請猛擊《C++向上轉型（將派生類賦值給基類）》了解詳情。
• const 轉換：也即將非 const 類型轉換為 const 類型，例如將 char * 轉換為 const char *。
• 數組或函數指針轉換：如果函數形參不是引用類型，那麼數組名會轉換為數組指針，函數名也會轉換為函數指針。
• 用戶自定的類型轉換。

catch 在匹配異常類型的過程中，也會進行類型轉換，但是這種轉換受到了更多的限制，僅能進行「向上轉型」、「const 轉換」和「數組或函數指針轉換」，其他的都不能應用於 catch。

向上轉型在上面的例子中已經發生了，下面的例子演示了 const 轉換以及數組和指針的轉換：

#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int nums[] = {1, 2, 3};
    try{
        throw nums;
        cout<<"This statement will not be executed."<<endl;
    }catch(const int *){
        cout<<"Exception type: const int *"<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
Exception type: const int *

nums 本來的類型是int [3]，但是 catch 中沒有嚴格匹配的類型，所以先轉換為int *，再轉換為const int *。

數組也是一種類型，數組並不等價於指針，這點已在《數組和指針絕不等價，數組是另外一種類型》和《數組在什麼時候會轉換為指針》中進行了詳細講解。