Kodewick
编程台游戏小镇实验室多个程序同时跑无限套娃递归代码小岛循环 · 条件 · 函数寻路课BFS · 迪杰斯特拉 · A*Pydle每天一个词全部游戏 ›学习语言
English简体中文
第 26 课，共 30 课目录

异常

第 26 课，共 30 课 · 第 6 部分 · 继承和模板 · 约 20 分钟

函数出了错，怎么告诉调用它的人？老办法是返回一个特殊的值，比如「算不出来就返回 0」。可要是 0 本身也是一个正常的答案呢？

main.cpp
1#include <iostream>2#include <vector>3 4double average(const std::vector<double>& temps) {5    if (temps.empty()) {6        return 0;7    }8    double total = 0;9    for (double t : temps) {10        total += t;11    }12    return total / temps.size();13}14 15int main() {16    std::vector<double> winter{-3, 1, 2};17    std::vector<double> nothing;18    std::cout << "冬天平均：" << average(winter) << '\n';19    std::cout << "没有数据：" << average(nothing) << '\n';20    return 0;21}
输出
冬天平均：0
没有数据：0

两个 0，一个是真的平均气温，一个是「根本没有数据」，调用的人分不出来。而且就算分得出来，也得记着每次调用都检查。C++ 的另一个办法是异常（exception）：出了错，函数不返回，而是「抛出」一个异常，交给知道怎么处理的人。

throw 和 try / catch

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <vector>4 5double average(const std::vector<double>& temps) {6    if (temps.empty()) {7        throw std::runtime_error("没有数据");8    }9    double total = 0;10    for (double t : temps) {11        total += t;12    }13    return total / temps.size();14}15 16int main() {17    std::vector<double> nothing;18    try {19        double avg = average(nothing);20        std::cout << "平均：" << avg << '\n';21    } catch (const std::runtime_error& e) {22        std::cout << "出错了：" << e.what() << '\n';23    }24    std::cout << "程序继续\n";25    return 0;26}
输出
出错了：没有数据
程序继续

三样新东西：

  • throw std::runtime_error("没有数据"); 建一个异常对象，把它抛出。average 到这里就不往下走了，也不返回值。std::runtime_error 在 <stdexcept> 里，括号里是说明出了什么错的文字。
  • try { … } 围住可能出错的代码。
  • catch (const std::runtime_error& e) { … } 跟在 try 后面，接住这种异常。e.what() 取回当初写的那段文字。

抛出以后，try 里剩下的语句全跳过，直接去 catch；catch 做完，程序从整个 try / catch 后面接着走。所以「平均：」那一行没有显示，「程序继续」显示了。

没接住会怎样

要是没有人接，异常一路往外传，传出了 main，程序就结束了：

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <vector>4 5double average(const std::vector<double>& temps) {6    if (temps.empty()) {7        throw std::runtime_error("没有数据");8    }9    double total = 0;10    for (double t : temps) {11        total += t;12    }13    return total / temps.size();14}15 16int main() {17    std::vector<double> nothing;18    double avg = average(nothing);19    std::cout << "平均：" << avg << '\n';20    std::cout << "结束\n";21    return 0;22}
输出
terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
  what():  没有数据
Aborted (core dumped)

发生了什么： 抛出了一个 std::runtime_error，没有 catch 接住它，程序就结束了（std::terminate）。

这三行和你在自己电脑上用 g++ 编出来的程序一样：terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error' 说抛出了一个 std::runtime_error 没人接，于是调用了 std::terminate；what(): 后面是那段文字；Aborted (core dumped) 是程序被强行结束了。「结束」没有显示。

异常不能当作没看见：要么接住，要么程序结束。这比返回一个谁都可能忘了检查的 0 好。

标准库自己会抛

第 11 课说过：v.at(5) 越界会抛出 std::out_of_range，没人处理就结束程序。第 5 课的 std::stoi 碰上不是数字的文字，也会抛出 std::invalid_argument。现在你能接住它们了：

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4#include <vector>5 6int main() {7    std::vector<int> prices{12, 30, 8};8    try {9        std::cout << prices.at(5) << '\n';10    } catch (const std::exception& e) {11        std::cout << "下标不对：" << e.what() << '\n';12    }13    try {14        int n = std::stoi("十二");15        std::cout << n << '\n';16    } catch (const std::exception& e) {17        std::cout << "不是数字：" << e.what() << '\n';18    }19    std::cout << "两个错都接住了\n";20    return 0;21}
输出
下标不对：vector::_M_range_check: __n (which is 5) >= this->size() (which is 3)
不是数字：stoi
两个错都接住了

这里接的是 const std::exception&。std::exception 是标准库所有异常的基类（第 23 课的继承）：std::runtime_error、std::out_of_range、std::invalid_argument 都是它的派生类，所以一个 catch (const std::exception& e) 全都接得住，e.what() 调到的是各自的版本（第 24 课的虚函数）。stoi 的 what() 很短，只有一个 stoi。

按引用接（&）：不复制，也不会把派生类对象切成基类对象；加 const，因为只是看看。这是接异常的老规矩。

几个 catch

一个 try 后面可以跟好几个 catch，按不同的错做不同的事。抛出时从上往下比，第一个对得上的接住，后面的不看：

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4#include <vector>5 6int seat_number(const std::string& text) {7    int n = std::stoi(text);8    if (n < 1 || n > 30) {9        throw std::runtime_error("没有这个座位");10    }11    return n;12}13 14int main() {15    std::vector<std::string> tickets{"12", "abc", "45"};16    for (const auto& t : tickets) {17        try {18            int seat = seat_number(t);19            std::cout << "座位 " << seat << '\n';20        } catch (const std::invalid_argument& e) {21            std::cout << t << " 不是数字\n";22        } catch (const std::runtime_error& e) {23            std::cout << t << "：" << e.what() << '\n';24        }25    }26    return 0;27}
输出
座位 12
abc 不是数字
45：没有这个座位

"abc" 让 stoi 抛出 invalid_argument，第一个 catch 接住；"45" 让 seat_number 自己抛出 runtime_error（「没有这个座位」是这个程序自己的规矩，用 runtime_error），第一个对不上，第二个接住。try 在循环体里，所以一张票出错，下一张照样处理。

正因为第一个对上的就接住，具体的 catch 要写在前面，std::exception 这种什么都接的写在最后。还有一个 catch (...)，三个点，什么类型都接，但拿不到 what()，只能放在最后一个。

先猜一猜

这段程序显示什么？

1#include <iostream>2#include <stdexcept>3 4void check(int n) {5    std::cout << "a";6    if (n > 2) {7        throw std::runtime_error("太大");8    }9    std::cout << "b";10}11 12int main() {13    try {14        check(1);15        check(5);16        check(2);17        std::cout << "c";18    } catch (const std::exception& e) {19        std::cout << "d";20    }21    std::cout << "e\n";22    return 0;23}

路上的对象会析构

异常从 throw 跳到 catch，中间可能隔着好几层函数。这几层里的局部对象怎么办？C++ 保证：一层一层退出时，每层的局部对象都会析构，和函数正常结束时一样。这叫栈展开。

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4 5class Cup {6public:7    Cup(const std::string& name) : name_(name) {8        std::cout << "拿出" << name_ << '\n';9    }10    ~Cup() {11        std::cout << "收起" << name_ << '\n';12    }13 14private:15    std::string name_;16};17 18void make_tea() {19    Cup cup{"茶杯"};20    throw std::runtime_error("水不够");21    std::cout << "倒茶\n";22}23 24int main() {25    try {26        Cup tray{"托盘"};27        make_tea();28    } catch (const std::exception& e) {29        std::cout << "接住：" << e.what() << '\n';30    }31    return 0;32}
输出
拿出托盘
拿出茶杯
收起茶杯
收起托盘
接住：水不够

点单步，走到第 20 行的 throw 以后一步一步看：下一步不是 catch，而是 make_tea 里 cup 的析构函数；再下一步，main 的 try 里 tray 的析构函数；然后才到 catch。先收起茶杯、再收起托盘，和它们建出来的顺序相反。

所以第 21 课的智能指针、第 11 课的 vector 碰上异常也不会泄漏：它们都是局部对象，析构函数照样运行。

自己的异常类

标准的异常类够用，但有时想让异常多带点东西，或者让 catch 能分清「这是银行的错」。自己写一个类，继承 std::runtime_error 就行：

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4 5class BankError : public std::runtime_error {6public:7    BankError(const std::string& message, int short_by)8        : std::runtime_error(message), short_by_(short_by) {}9    int short_by() const {10        return short_by_;11    }12 13private:14    int short_by_;15};16 17class Account {18public:19    Account(int balance) : balance_(balance) {}20    void withdraw(int amount) {21        if (amount > balance_) {22            throw BankError("余额不足", amount - balance_);23        }24        balance_ -= amount;25        std::cout << "取出 " << amount << "，剩 " << balance_ << '\n';26    }27 28private:29    int balance_;30};31 32int main() {33    Account account{100};34    try {35        account.withdraw(30);36        account.withdraw(100);37    } catch (const BankError& e) {38        std::cout << e.what() << "，还差 " << e.short_by() << '\n';39    } catch (const std::exception& e) {40        std::cout << "别的错：" << e.what() << '\n';41    }42    return 0;43}
输出
取出 30，剩 70
余额不足，还差 30

BankError 的构造函数在初始化列表里调用基类的构造函数 std::runtime_error(message)（第 23 课），what() 就有了；自己再加一个成员 short_by_，记着差多少。因为它是 std::runtime_error 的派生类，别处只写了 catch (const std::exception& e) 的代码也接得住它。

注意： throw 后面其实可以是任何值，throw 42;、throw std::string("错了"); 都行。可是那样就没有 what()，catch (const std::exception&) 也接不住。习惯上只抛标准异常或它们的派生类。

什么时候用异常

异常适合「这里处理不了、也不该发生」的错：函数做不成它答应的事，又不知道该怎么办，就交给上面。构造函数是最典型的地方，它没有返回值，参数不对时只能抛出，这样就不会有一个半坏的对象：

main.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3 4class Discount {5public:6    Discount(int percent) : percent_(percent) {7        if (percent < 0 || percent > 100) {8            throw std::invalid_argument("折扣要在 0 到 100 之间");9        }10    }11    double apply(double price) const {12        return price * (100 - percent_) / 100;13    }14 15private:16    int percent_;17};18 19int main() {20    try {21        Discount sale{20};22        std::cout << sale.apply(50) << '\n';23        Discount wrong{120};24        std::cout << wrong.apply(50) << '\n';25    } catch (const std::invalid_argument& e) {26        std::cout << e.what() << '\n';27    }28    return 0;29}
输出
40
折扣要在 0 到 100 之间

wrong 根本没建成，后面也就没机会用到一个错的折扣。

情况用什么
很常见、调用的人马上就要处理（找不到、输入不对）返回值，比如 find 返回 end()
少见、这里处理不了（参数不对、资源没有了）throw 异常
程序自己写错了（下标算错）修代码，别靠 catch 掩盖

练一练

写好代码，点检查。提示随便看，实在想不出来再看答案。检查只比较输出，所以这几道题要在 catch 里显示一行，证明真的接住了。

练习 1

接住越界的下标

第二次点单时下标是 7，menu.at(7) 会抛出异常，程序结束。在循环体里加上 try / catch，接住 std::out_of_range，显示 没有下标 7。程序要显示下面两行。

要显示
红茶
没有下标 7
exercise1.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4#include <vector>5 6int main() {7    std::vector<std::string> menu{"咖啡", "红茶", "果汁"};8    std::vector<int> picks{1, 7};9    for (int i : picks) {10        std::cout << menu.at(i) << '\n';11    }12    return 0;13}
输出
点「运行」或按 Ctrl+Enter


练习 2
除数不能是 0
main 已经准备好接异常了，可 divide 碰到 0 不会抛出。让 divide 在 b 是 0 时抛出 std::runtime_error，文字是 除数不能是 0。程序要显示下面两行。
要显示
5
出错了：除数不能是 0
exercise2.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <vector>4 5int divide(int a, int b) {6    return a / b;7}8 9int main() {10    std::vector<int> divisors{2, 0};11    for (int b : divisors) {12        try {13            std::cout << divide(10, b) << '\n';14        } catch (const std::runtime_error& e) {15            std::cout << "出错了：" << e.what() << '\n';16        }17    }18    return 0;19}
输出
点「运行」或按 Ctrl+Enter


练习 3
修好它：具体的 catch 写在前面
「八」不是数字，本该显示 不是数字：八，可现在显示的是 出错了，编译器还给了一个警告。只调整代码的顺序，让程序显示下面两行。
要显示
16
不是数字：八
exercise3.cpp
1#include <iostream>2#include <stdexcept>3#include <string>4#include <vector>5 6int main() {7    std::vector<std::string> inputs{"8", "八"};8    for (const auto& text : inputs) {9        try {10            int n = std::stoi(text);11            std::cout << n * 2 << '\n';12        } catch (const std::exception& e) {13            std::cout << "出错了\n";14        } catch (const std::invalid_argument& e) {15            std::cout << "不是数字：" << text << '\n';16        }17    }18    return 0;19}
输出
点「运行」或按 Ctrl+Enter


这一课学会了


  • 出了错，函数可以 throw 一个异常，比如 throw std::runtime_error("没有数据");（<stdexcept>），不用返回一个容易弄混的特殊值。
  • try { … } 围住可能出错的代码，catch (const std::runtime_error& e) 接住，e.what() 是那段文字；接住以后从 try / catch 后面接着走。
  • 没人接住，程序结束：terminate called after throwing an instance of …、what():、Aborted (core dumped)。
  • v.at() 和 std::stoi 自己会抛（out_of_range、invalid_argument），现在能接住了。
  • catch (const std::exception& e) 接住所有标准异常；几个 catch 时第一个对上的接住，具体的写在前面，catch (...) 放最后。
  • 抛出以后，从 throw 到 catch 路上每一层的局部对象都会析构（栈展开）。
  • 自己的异常类继承 std::runtime_error，构造函数写 : std::runtime_error(message)。
  • 少见、这里处理不了的错用异常；常见的情况用返回值；程序写错了就修代码。
← 上一课模板下一课 →迭代器