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C++ 異常處理機制全解析：try/catch/throw、自定義異常、標準異常體系、RAII 與棧展開

編輯：關於C++

異常處理三大關鍵字

try {
    // 可能拋出異常的代碼
} catch (const ExceptionType1& e) {
    // 處理 ExceptionType1 及其派生類
} catch (const ExceptionType2& e) {
    // 處理 ExceptionType2
} catch (...) {
    // 捕獲所有其他異常（最後兜底）
}

throw expr：拋出異常對象（拷貝/移動構造到異常存儲區）
catch (Type name)：按類型匹配，**派生類先於基類**捕獲
catch (...)：捕獲任意類型，常用於日誌/清理後重拋

異常對象生命周期與棧展開

拋出點構造異常對象（複製/移動語義）
**棧展開**：沿調用鏈向上銷毀所有**已構造完成**的局部對象（調用析構函數）
匹配 catch 子句，進入處理塊
catch 結束後，異常對象銷毀
若無匹配 catch，調用 std::terminate

⚠️ **析構函數中不可拋出異常**（C++11 起隱含 noexcept），否則雙重異常導致 terminate。

標準異常體系 ()

std::exception
├── std::logic_error          // 邏輯錯誤（可預防）
│   ├── std::invalid_argument // 無效參數
│   ├── std::domain_error     // 域錯誤（數學）
│   ├── std::length_error     // 長度超限
│   └── std::out_of_range     // 越界
├── std::runtime_error        // 運行時錯誤（難預防）
│   ├── std::range_error      // 範圍錯誤
│   ├── std::overflow_error   // 上溢
│   └── std::underflow_error  // 下溢
├── std::bad_alloc            // new 失敗
├── std::bad_cast             // dynamic_cast 失敗
├── std::bad_typeid           // typeid 失敗
├── std::bad_exception        // unexpected_handler 拋出
└── std::ios_base::failure    // IO 流錯誤

所有標準異常提供 virtual const char* what() const noexcept 返回錯誤描述。

自定義異常類最佳實踐

class NetworkError : public std::runtime_error {
    int errorCode;
    std::string endpoint;
public:
    NetworkError(int code, const std::string& ep, const std::string& msg)
        : std::runtime_error(msg), errorCode(code), endpoint(ep) {}
    int code() const noexcept { return errorCode; }
    const std::string& endpoint() const noexcept { return endpoint; }
};

// 使用
void connect(const std::string& host) {
    if (!reachable(host))
        throw NetworkError(ETIMEDOUT, host, "Connection timeout");
}

原則：繼承 std::exception 或其派生類；提供豐富診斷信息；保證拷貝/移動構造不拋異常（noexcept）。

異常規範 (C++11 棄用動態規範)

void foo() noexcept;           // 承諾不拋出（違反 → terminate）
void bar() noexcept(false);    // 可能拋出（默認）
// C++17 noexcept 成為類型系統一部分：noexcept(foo()) 為常量表達式

重新拋出與異常傳遞

try {
    risky();
} catch (const NetworkError& e) {
    log(e);
    if (!canRecover(e)) throw; // 原封不動重拋，保持類型與棧跡蹤
}

異常安全性保證等級

等級	保證	典型實現
無保證	可能洩漏資源、破壞不變量	裸指針手動管理
基本保證	不洩漏資源、對象保持有效狀態（但狀態可能改變）	智能指針、RAII
強保證	操作要么成功要么回滾到原狀態（事務語義）	Copy-and-swap、事務日誌
不拋出保證	絕不拋出異常	析構函數、swap、移動操作

RAII 與資源管理

核心思想：資源獲取即初始化，析構函數釋放資源。棧展開自動調用析構，**天然實現異常安全**。

void processFile(const std::string& path) {
    std::ifstream in(path); // 構造打開，析構自動關閉
    std::unique_ptr buf = std::make_unique(1024);
    // 任何拋出異常，in/buf 確定釋放
    parse(in, *buf);
}