异常

异常处理提供了一种方法，其可使程序从执行的某点，将控制流和信息转移到与执行先前经过的某点相关联的处理代码（换言之，异常处理将控制权沿调用栈向上转移）。

throw 表达式、dynamic_cast、typeid、new 表达式、分配函数，以及专门用来抛出特定异常以指示特定错误状态的任何标准库函数（例如 std::vector::at、std::string::substr 等），都可以抛出异常。

为捕获异常，throw 表达式必须处于 try 块之中，或处于 try 块中所调用的函数之中，而且必须有与异常对象的类型相匹配的 catch 子句。

在声明函数时，可以提供异常说明和 noexcept 说明符，以限制函数能够抛出的异常类型。

异常处理过程中发生的错误由 std::terminate 和 std::unexpected (C++17 前) 处理。

用法

尽管 throw 表达式用于控制转移到执行栈上方的任意代码块时没有条件限制（类似 std::longjmp），但其预期用途还是进行错误处理。

错误处理

异常的抛出用于从函数中为错误发信号，其中“错误”通常仅限于以下内容^[1][2][3]：

1. 无法满足后置条件，例如不能产生有效的返回值对象
2. 无法满足另一个必须调用的函数的前置条件
3. （对于非私有成员函数）无法（再）建立类不变量

这意味着构造函数（参阅 RAII）和大多数运算符应该通过抛出异常来报告程序错误。

另外，所谓宽契约（wide contract）函数用异常来指示非法输入，例如，std::string::at 没有前置条件，但其抛出异常以指示下标越界。

异常安全

在函数报告了错误状态后，应该提供附加保证以保障程序的状态。以下是四个被广泛认可的异常保证等级^[4][5][6]，每个是另一个的严格超集：

1. 不抛出（nothrow）（或不失败）异常保证——函数始终不抛出异常。析构函数和其他可能在栈回溯中调用的函数被期待为不抛出（以其他方式报告或隐瞒错误）。析构函数默认为 noexcept。 (C++11 起)交换函数（swap），移动构造函数，及为提供强异常保证所使用的其他函数，都被期待为不失败（函数总是成功）。
2. 强（strong）异常保证——若函数抛出异常，则程序的状态会恰好被回滚到该函数调用前的状态。（例如 std::vector::push_back）
3. 基础（basic）异常保证——若函数抛出异常，则程序处于某个有效状态。不泄漏资源，而所有对象的不变式都保持完好。
4. 无异常保证——若函数抛出异常，则程序可能并不处于有效的状态：可能已经发生了资源泄漏、内存损坏，或其他摧毁不变式的错误。

此外，泛型组件还可提供异常中性（exception neutral）保证：若从某个模板形参（例如从 std::sort çš„ Compare 函数对象，或从 std::make_shared 中 T 的构造函数）抛出异常，则它被无修改地传播给调用方。

异常对象

虽然任何完整类型和指向 void 的 cv 指针都能作为异常对象抛出，但所有标准库函数都以值抛出匿名临时对象，而且这些对象的类型都（直接或间接）派生于 std::exception。用户定义的异常通常遵循此模式。^[7][8][9]

为避免不必要的异常对象复制和对象切片，catch 子句在实际中最好引用捕捉。^{[10][11][12][13]}

引用

1. ↑ H. Sutter (2004) “何时及如何使用异常”于 Dr. Dobb's
2. ↑ H.Sutter, A. Alexandrescu (2004)，“C++ 编码标准”，第 70 条
3. ↑ C++ 核心指导方针 I.10
4. ↑ B. Stroustrup (2000)，“C++ 程序语言” “附录 E”
5. ↑ H. Sutter (2000) “Exceptional C++”
6. ↑ D. Abrahams (2001) “泛型组件中的异常安全”
7. ↑ D. Abrahams (2001) “错误与异常处理”
8. ↑ isocpp.org Super-FAQ “我应该抛出什么？”
9. ↑ C++ 核心指导方针 E.14
10. ↑ C++ 核心指导方针 E.15
11. ↑ S. Meyers (1996) “More Effective C++” 第 13 条
12. ↑ isocpp.org 超级 FAQ “我应该捕捉什么？”
13. ↑ H.Sutter, A. Alexandrescu (2004) “C++ 编码标准” 第 73 条