C++異常處理入門（try和catch）

開發程序是一項“燒腦”的工作，程序員不但要經過長期的知識學習和思維訓練，還要做到一絲不苟，注意每一個細節和邊界。即使這樣，也不能防止程序出錯。

專家指出，長期作息不規律 + 用腦過度的危害很大，可能會誘發神經衰弱、失眠等疾病。我就是受害者之一，曾被失眠困擾了好幾年，不但入睡困難，還容易早醒。程序員要注意勞逸結合，多去健身房，多跑步，多打球，多陪女朋友旅游等，千萬不要熬夜，以為深夜寫代碼效率高，這樣會透支年輕的身體。

程序的錯誤大致可以分為三種，分別是語法錯誤、邏輯錯誤和運行時錯誤：
1) 語法錯誤在編譯和鏈接階段就能發現，只有 100% 符合語法規則的代碼才能生成可執行程序。語法錯誤是最容易發現、最容易定位、最容易排除的錯誤，程序員最不需要擔心的就是這種錯誤。

2) 邏輯錯誤是說我們編寫的代碼思路有問題，不能夠達到最終的目標，這種錯誤可以通過調試來解決。

3) 運行時錯誤是指程序在運行期間發生的錯誤，例如除數為 0、內存分配失敗、數組越界、文件不存在等。C++ 異常（Exception）機制就是為解決運行時錯誤而引入的。

運行時錯誤如果放任不管，系統就會執行默認的操作，終止程序運行，也就是我們常說的程序崩潰（Crash）。C++ 提供了異常（Exception）機制，讓我們能夠捕獲運行時錯誤，給程序一次“起死回生”的機會，或者至少告訴用戶發生了什麼再終止程序。

【例1】一個發生運行時錯誤的程序：

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

int main(){
    string str = "http://c.biancheng.net";
    char ch1 = str[100];  //下標越界，ch1為垃圾值
    cout<<ch1<<endl;
    char ch2 = str.at(100);  //下標越界，拋出異常
    cout<<ch2<<endl;
    return 0;
}

運行代碼，在控制台輸出 ch1 的值後程序崩潰。下面我們來分析一下原因。

at() 是 string 類的一個成員函數，它會根據下標來返回字符串的一個字符。與[ ]不同，at() 會檢查下標是否越界，如果越界就拋出一個異常；而[ ]不做檢查，不管下標是多少都會照常訪問。

所謂拋出異常，就是報告一個運行時錯誤，程序員可以根據錯誤信息來進一步處理。

上面的代碼中，下標 100 顯然超出了字符串 str 的長度。由於第 6 行代碼不會檢查下標越界，雖然有邏輯錯誤，但是程序能夠正常運行。而第 8 行代碼則不同，at() 函數檢測到下標越界會拋出一個異常，這個異常可以由程序員處理，但是我們在代碼中並沒有處理，所以系統只能執行默認的操作，也即終止程序執行。

捕獲異常

我們可以借助 C++ 異常機制來捕獲上面的異常，避免程序崩潰。捕獲異常的語法為：

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

try和catch都是 C++ 中的關鍵字，後跟語句塊，不能省略{ }。try 中包含可能會拋出異常的語句，一旦有異常拋出就會被後面的 catch 捕獲。從 try 的意思可以看出，它只是“檢測”語句塊有沒有異常，如果沒有發生異常，它就“檢測”不到。catch 是“抓住”的意思，用來捕獲並處理 try 檢測到的異常；如果 try 語句塊沒有檢測到異常（沒有異常拋出），那麼就不會執行 catch 中的語句。

這就好比，catch 告訴 try：你去檢測一下程序有沒有錯誤，有錯誤的話就告訴我，我來處理，沒有的話就不要理我！

catch 關鍵字後面的exceptionType variable指明了當前 catch 可以處理的異常類型，以及具體的出錯信息。我們稍後再對異常類型展開講解，當務之急是演示一下 try-catch 的用法，先讓讀者有一個整體上的認識。

【例2】修改上面的代碼，加入捕獲異常的語句：

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

int main(){
    string str = "http://c.biancheng.net";
  
    try{
        char ch1 = str[100];
        cout<<ch1<<endl;
    }catch(exception e){
        cout<<"[1]out of bound!"<<endl;
    }

    try{
        char ch2 = str.at(100);
        cout<<ch2<<endl;
    }catch(exception &e){  //exception類位於<exception>頭文件中
        cout<<"[2]out of bound!"<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
(
[2]out of bound!

可以看出，第一個 try 沒有捕獲到異常，輸出了一個沒有意義的字符（垃圾值）。因為[ ]不會檢查下標越界，不會拋出異常，所以即使有錯誤，try 也檢測不到。換句話說，發生異常時必須將異常明確地拋出，try 才能檢測到；如果不拋出來，即使有異常 try 也檢測不到。所謂拋出異常，就是明確地告訴程序發生了什麼錯誤。

第二個 try 檢測到了異常，並交給 catch 處理，執行 catch 中的語句。需要說明的是，異常一旦拋出，會立刻被 try 檢測到，並且不會再執行異常點（異常發生位置）後面的語句。本例中拋出異常的位置是第 17 行的 at() 函數，它後面的 cout 語句就不會再被執行，所以看不到它的輸出。

說得直接一點，檢測到異常後程序的執行流會發生跳轉，從異常點跳轉到 catch 所在的位置，位於異常點之後的、並且在當前 try 塊內的語句就都不會再執行了；即使 catch 語句成功地處理了錯誤，程序的執行流也不會再回退到異常點，所以這些語句永遠都沒有執行的機會了。本例中，第 18 行代碼就是被跳過的代碼。

執行完 catch 塊所包含的代碼後，程序會繼續執行 catch 塊後面的代碼，就恢復了正常的執行流。

為了演示「不明確地拋出異常就檢測不到異常」，大家不妨將第 10 行代碼改為char ch1 = str[100000000];，訪問第 100 個字符可能不會發生異常，但是訪問第 1 億個字符肯定會發生異常了，這個異常就是內存訪問錯誤。運行更改後的程序，會發現第 10 行代碼產生了異常，導致程序崩潰了，這說明 try-catch 並沒有捕獲到這個異常。

關於「如何拋出異常」，我們將在下節講解，這裡重點是讓大家明白異常的處理流程：

拋出（Throw）--> 檢測（Try） --> 捕獲（Catch）

發生異常的位置

異常可以發生在當前的 try 塊中，也可以發生在 try 塊所調用的某個函數中，或者是所調用的函數又調用了另外的一個函數，這個另外的函數中發生了異常。這些異常，都可以被 try 檢測到。

1) 下面的例子演示了 try 塊中直接發生的異常：

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

int main(){
    try{
        throw "Unknown Exception";  //拋出異常
        cout<<"This statement will not be executed."<<endl;
    }catch(const char* &e){
        cout<<e<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
Unknown Exception

throw關鍵字用來拋出一個異常，這個異常會被 try 檢測到，進而被 catch 捕獲。關於 throw 的用法，我們將在下節深入講解，這裡大家只需要知道，在 try 塊中直接拋出的異常會被 try 檢測到。

2) 下面的例子演示了 try 塊中調用的某個函數中發生了異常：

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

void func(){
    throw "Unknown Exception";  //拋出異常
    cout<<"[1]This statement will not be executed."<<endl;
}

int main(){
    try{
        func();
        cout<<"[2]This statement will not be executed."<<endl;
    }catch(const char* &e){
        cout<<e<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
Unknown Exception

func() 在 try 塊中被調用，它拋出的異常會被 try 檢測到，進而被 catch 捕獲。從運行結果可以看出，func() 中的 cout 和 try 中的 cout 都沒有被執行。

3) try 塊中調用了某個函數，該函數又調用了另外的一個函數，這個另外的函數拋出了異常：

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

void func_inner(){
    throw "Unknown Exception";  //拋出異常
    cout<<"[1]This statement will not be executed."<<endl;
}

void func_outer(){
    func_inner();
    cout<<"[2]This statement will not be executed."<<endl;
}

int main(){
    try{
        func_outer();
        cout<<"[3]This statement will not be executed."<<endl;
    }catch(const char* &e){
        cout<<e<<endl;
    }

    return 0;
}

運行結果：
Unknown Exception

發生異常後，程序的執行流會沿著函數的調用鏈往前回退，直到遇見 try 才停止。在這個回退過程中，調用鏈中剩下的代碼（所有函數中未被執行的代碼）都會被跳過，沒有執行的機會了。