C++ 異常處理進階：堆棧跟蹤、信號轉換與全局捕獲實戰

異常處理的核心痛點

標準 C++ 異常不攜帶堆棧跟蹤信息，捕獲時無法知曉拋出位置，嚴重阻礙調試與日誌分析。此外，硬件信號（如 SIGSEGV、SIGFPE）默認終止進程，無法進入 C++ 異常流程。

方案一：構造函數中捕獲堆棧跟蹤

利用異常對象構造時機，調用平台 API 獲取調用棧：

#include <execinfo.h> // Linux
#include <exception>
#include <string>
#include <vector>

class TracedException : public std::exception {
    std::vector<std::string> stackTrace_;
public:
    TracedException() {
        void* buffer[64];
        int nptrs = backtrace(buffer, 64);
        char** strings = backtrace_symbols(buffer, nptrs);
        for (int i = 0; i < nptrs; ++i)
            stackTrace_.emplace_back(strings[i]);
        free(strings);
    }
    const char* what() const noexcept override { return "TracedException"; }
    const auto& getStackTrace() const { return stackTrace_; }
};

Windows 下使用 CaptureStackBackTrace 或 StackWalk64 實現同樣效果。

方案二：信號轉 C++ 異常

設置信號處理器，拋出對應異常類型：

#include <signal.h>
#include <stdexcept>

class SignalException : public std::runtime_error {
    int signo_;
public:
    SignalException(int sig) : std::runtime_error("Signal"), signo_(sig) {}
    int signal() const { return signo_; }
};

void signalHandler(int sig) {
    throw SignalException(sig);
}

// 主程式啟動時註冊
signal(SIGSEGV, signalHandler);
signal(SIGFPE, signalHandler);

關鍵限制：信號處理器中只能調用 async-signal-safe 函數，拋出異常屬未定義行為（UB），但主流實現（GCC/Clang/MSVC）在 x86/x64 上均可工作。生產環境建議：信號處理器僅設置標誌，主循環輪詢拋出異常。

方案三：全局未捕獲異常處理器

#include <exception>
#include <iostream>

void terminateHandler() {
    try {
        throw; // 重拋當前異常
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "FATAL: " << e.what() << std::endl;
    } catch (...) {
        std::cerr << "FATAL: unknown exception" << std::endl;
    }
    std::abort(); // 或 exit(1)
}

int main() {
    std::set_terminate(terminateHandler);
    // ...
}

全局/靜態對象構造析構期的異常陷阱

C++ 標準規定：全局/靜態對象構造/析構期間拋出異常導致 std::terminate。GCC/Clang 對此行為較寬容，但不可依賴。

解決方案：

• 避免全局對象構造函數拋出異常，改用初始化函數返回 std::expected (C++23) 或錯誤碼。
• 採用「構造時首次使用」單例模式，將初始化延遲到 main 之後。
• 若必須全局對象，使用 std::nothrow 配合錯誤碼檢查。

現代 C++ 異常最佳實踐

1. 異常類繼承 std::exception，重寫 what()。
2. 按值拋出，按引用捕獲（catch (const MyEx& e)）。
3. 資源管理用 RAII（智能指針、std::lock_guard），保證異常安全。
4. 區分邏輯錯誤（precondition violation，如 std::logic_error）與運行時錯誤（環境故障，如 std::runtime_error）。
5. 異常不用於控制流，僅用於「無法在局部處理」的錯誤。