2020-12-10

C++ exception 例外處理

本篇介紹 c++ exception 例外處理，程式在執行過程中可能會發生一些特殊情況的異常，例如：記憶體不夠、越界存取，所以我們可以用 try catch 來處理這種例外情形

C++ 基本的 try… catch… 例外處理

最簡單的例外處理的寫法如下，使用 try... catch... 所組成，
用 try 包住可能會發生例外的程式碼區段，
用 catch 來處理這個 try 區域所發生的例外，
what() 是 exception 類別提供的一個 public method，exception 類別會被所有子類重載，所以不管發生哪種例外，只要呼叫 exception 類的 what() 方法，就會取得該種例外的發生的原因，這個機制是用 C++ virtual 所完成的，程式碼中的 e.what() 將回傳例外產生的原因字串。

另外，catch 裡面的 exception 變數應該要用 reference 的方式。

#include <iostream>
#include <exception>

using namespace std;

int main()
{
    try {
        // ...
    } catch (std::exception &e) { // exception should be caught by reference
        cout << "exception: " << e.what() << "\n";
    }

    return 0;
}

接下來我們來看看實戰中的例外範例，

C++ vector 的 out_of_range 例外處理

C++ vector 存取元素的方式有兩種，一種是使用 [] operator，例如：v[0] = 0，
另一種是使用 at()，例如：v.at(0) = 0，
這兩個的差別在於使用 [] operator 存取超界時不會丟出例外 exception，
所以像下面這個例子中的 v[3] 實際上是讀取了不知名的記憶體位置的數值，
使用 at() 存取超界時會丟出 std::out_of_range 的例外 exception，
所以下面這個範例我們嘗試捕捉看看例外，

// g++ cpp-exception.cpp -o a.out -std=c++11
#include <iostream>
#include <vector>
#include <exception>

using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v = {1,2,3};
    try {
        cout << v[0] << "\n";
        cout << v[1] << "\n";
        cout << v[2] << "\n";
        cout << v[3] << "\n";
        cout << v.at(0) << "\n";
        cout << v.at(1) << "\n";
        cout << v.at(2) << "\n";
        cout << v.at(3) << "\n";
    } catch (std::exception &e) {
        cout << "exception: " << e.what() << "\n";
    }

    return 0;
}

程式輸出如下，可以發現使用 v[3] operator 存取超界用 try... catch... 是捕捉不到例外的，
但是當程式執行到 v.at(3) 時存取超界拋出了例外 exception，

1
2
3
0
1
2
3
exception: vector::_M_range_check: __n (which is 3) >= this->size() (which is 3)

常見的 exception 例外

以下幾乎是所以有的 exception 例外種類，C++11 以及之後加入的 exception 未列在下面，

例外種類	說明
std::exception	所有標準 C++ 例外的父類
std::bad_alloc	new 配置記憶體失敗時拋出，可能是記憶體不足
std::bad_cast	dynamic_cast 失敗時拋出
std::bad_exception	無法預期的例外
std::bad_typeid	typeid 拋出
std::logic_error	程式碼邏輯異常拋出
std::runtime_error	執行期間的例外
std::domain_error	Domain error exception
std::invalid_argument	無效的參數時拋出
std::length_error	建立長度太長時拋出，例外：std::string
std::out_of_range	存取越界時拋出，例如：std::vector
std::overflow_error	溢位時拋出
std::range_error	Range error exception
std::underflow_error	算術下溢時拋出

重新拋出例外 exception

在 C++ 中有時候這個例外 exception 捕捉到了，但是某些原因未去處理或還不想處理，想要將該例外重新拋出，就需要使用 throw 這個關鍵字，
重新拋出例外 exception 後，讓該例外交給更外層的例外捕捉處理，

try {
    // ...
} catch (execption &e) {
    cout<< e.what() << "\n";
    throw; // 重新拋出例外
}

參考
Exceptions - C++ Tutorials
http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/exceptions/
exception - C++ Reference
http://www.cplusplus.com/reference/exception/exception/
std::exception - cppreference.com
https://en.cppreference.com/w/cpp/error/exception
簡介例外處理
https://openhome.cc/Gossip/CppGossip/ExceptionHandling.html
C++ 异常处理 | 菜鸟教程
https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-exceptions-handling.html
Throwing out of range exception in C++ - Stack Overflow
https://stackoverflow.com/questions/2709719/throwing-out-of-range-exception-in-c/2709733
XYZ的筆記本: C++ 捕捉不到 vector 超出範圍的例外 ?
https://xyz.cinc.biz/2013/10/c-vector-try-catch-out-of-range-exception.html