[C++]C++工具之对异常情况的处理(throw、catch、try)以及用命名空间避免同名冲突

一、C++ 异常处理😊


1.1 定义

C++ 中的异常处理用于应对程序运行中的异常情况(如除零、数组越界等),通过 try-catch 机制捕获和处理错误,防止程序崩溃。
异常是程序运行时意外发生的事件,可以通过抛出(throw)和捕获(catch)机制处理。


1.2 通俗解释

  • 抛异常(throw): 就像在程序运行时发现问题了,扔出一个问题给系统处理。
  • 捕获异常(catch): 系统接收到这个问题后,根据你的代码去解决问题。
  • try 块: 这是一个保护块,把可能出错的代码放在这里,避免程序直接崩溃。

1.3 固定格式

try {
    // 可能抛出异常的代码
    throw exception_object;  // 抛出异常
} catch (exception_type variable_name) {
    // 捕获异常并处理
} catch (...) {
    // 捕获所有类型的异常(可选)
}
  • throw:用来抛出异常,可以是内置类型(如整数、字符串)或自定义类型(如对象)。
  • catch:用来捕获异常,必须匹配 throw 的类型,或者用 ... 捕获所有类型。
  • try:将可能出错的代码块包裹起来。

1.4 注意点

  1. 匹配顺序:

    • catch 子句是按顺序匹配的,第一个匹配的会被执行。
    • catch (...) 必须放在最后,用于捕获所有未明确处理的异常。
  2. 异常传递:

    • 如果函数中抛出的异常没有被处理,会向调用者函数传播,直到找到合适的 catch 块。
  3. 自定义异常类:

    • 可以通过定义自己的类,抛出更具体的异常信息。

1.5C++中的主要异常类型

1.5.1. 内置类型的异常

1. 整数异常

可以直接抛出整数类型的异常,用于简单错误标识。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw 42;  // 抛出整数异常
    } catch (int e) {  // 捕获整数类型的异常
        cout << "Caught integer exception: " << e << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught integer exception: 42
*/

2. 字符串异常

可以抛出字符串(如 const char*std::string)类型的异常,通常用来描述错误信息。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw "An error occurred";  // 抛出字符串异常
    } catch (const char* e) {  // 捕获字符串类型异常
        cout << "Caught exception: " << e << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught exception: An error occurred
*/

3. 浮点数异常

可以直接抛出浮点类型,用于表示数值相关的错误。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw 3.14;  // 抛出浮点数异常
    } catch (double e) {  // 捕获浮点类型异常
        cout << "Caught floating-point exception: " << e << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught floating-point exception: 3.14
*/

4. 布尔类型异常

布尔类型也可以被抛出,通常用作简单的状态标识。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw true;  // 抛出布尔类型异常
    } catch (bool e) {
        cout << "Caught boolean exception: " << (e ? "true" : "false") << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught boolean exception: true
*/


1.5.2. 标准库类型的异常

C++ 提供了一些预定义的异常类,它们位于标准库中,包含在 <stdexcept><exception> 等头文件中。以下是常用的标准异常类型:

1. std::exception
  • 是所有标准异常类的基类。
  • 通常作为通用异常捕获的类型。
    #include <iostream>
    #include <exception>
    using namespace std;
    
    int main() {
        try {
            throw exception();  // 抛出标准异常
        } catch (exception& e) {  // 捕获标准异常
            cout << "Caught standard exception: " << e.what() << endl;
        }
        return 0;
    }
    /*
    输出:
    Caught standard exception: std::exception
    */

    2. std::logic_error
  • 表示程序逻辑错误,通常由于程序员的疏忽引起。
  • 例如:访问空指针、非法参数等。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw logic_error("Logic error occurred");  // 抛出逻辑错误
    } catch (logic_error& e) {
        cout << "Caught logic_error: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught logic_error: Logic error occurred
*/
 3. std::runtime_error
  • 表示程序运行时的错误。
  • 例如:文件未找到、网络中断等。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw runtime_error("Runtime error occurred");  // 抛出运行时错误
    } catch (runtime_error& e) {
        cout << "Caught runtime_error: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}
/*
输出:
Caught runtime_error: Runtime error occurred
*/

4. std::bad_alloc
  • 表示内存分配失败。
  • new 操作符无法分配内存时,抛出此异常。
#include <iostream>
#include <new>
using namespace std;

int main() {
    try {
        int* arr = new int[1000000000000000];  // 请求过多内存
    } catch (bad_alloc& e) {
        cout << "Caught bad_alloc: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}
/*输出:
Caught bad_alloc: std::bad_alloc
*/

5. std::out_of_range
  • 表示访问容器时超出有效范围。
  • 例如:访问数组中不存在的元素。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int main() {
    try {
        vector<int> vec = {1, 2, 3};
        cout << vec.at(10);  // 超出范围
    } catch (out_of_range& e) {
        cout << "Caught out_of_range: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}
/*输出:
Caught out_of_range: vector::_M_range_check: __n (which is 10) >= this->size() (which is 3)
*/

1.5.3自定义类型的异常

用户可以自定义类作为异常类型,用于处理程序特定的错误场景。

1.自定义异常类
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class MyException {
    string message;
public:
    MyException(string msg) : message(msg) {}
    string getMessage() const { return message; }
};

int main() {
    try {
        throw MyException("Custom exception occurred!");  // 抛出自定义异常
    } catch (MyException& e) {
        cout << "Caught exception: " << e.getMessage() << endl;
    }
    return 0;
}
/*输出:
Caught exception: Custom exception occurred!
*/

1.5.4 捕获所有类型的异常

1.使用 catch(...) 捕获任意类型的异常。
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    try {
        throw 3.14;  // 抛出浮点数异常
    } catch (...) {  // 捕获所有异常
        cout << "Caught an unknown exception." << endl;
    }
    return 0;
}
/*输出:
Caught an unknown exception.
*/

1.6总结

常见的异常类型

1.6.1内置类型:

  1. 整数、浮点数、字符串、布尔值。

1.6.2标准库类型:

  1. std::exception(基类)。
  2. std::logic_error(逻辑错误)。
  3. std::runtime_error(运行时错误)。
  4. std::bad_alloc(内存分配失败)。
  5. std::out_of_range(超出范围错误)。

1.6.3用户自定义类型:

  1. 用户可以定义自己的类来表示异常类型。

1.7捕获规则

  1. 使用匹配的 catch 处理具体异常。
  2. 使用 catch(...) 捕获所有未处理的异常。

1.7.1综合代码示例与解析:

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <stdexcept>
using namespace std;

// 自定义异常类
class MyException {
    string message;
public:
    MyException(string msg) : message(msg) {}
    string getMessage() const { return message; }
};

int main() {
    try {
        // Uncomment (取消注释) 以下一行代码逐个测试不同类型的异常

        // throw 42;                          // 整数类型异常
        // throw 3.14;                        // 浮点数类型异常
        // throw "An error occurred!";        // 字符串异常
        // throw string("String object error"); // std::string 异常
        // throw logic_error("Logic error");  // 标准库逻辑错误
        // throw runtime_error("Runtime error"); // 标准库运行时错误
        // throw out_of_range("Out of range error"); // 超出范围异常
        // throw bad_alloc();                 // 内存分配失败异常
        throw MyException("Custom exception occurred!"); // 自定义异常

    } catch (int e) {
        cout << "Caught an integer exception: " << e << endl;

    } catch (double e) {
        cout << "Caught a floating-point exception: " << e << endl;

    } catch (const char* e) {
        cout << "Caught a C-string exception: " << e << endl;

    } catch (string& e) {
        cout << "Caught a string object exception: " << e << endl;

    } catch (logic_error& e) {
        cout << "Caught logic_error: " << e.what() << endl;

    } catch (runtime_error& e) {
        cout << "Caught runtime_error: " << e.what() << endl;

    } catch (out_of_range& e) {
        cout << "Caught out_of_range: " << e.what() << endl;

    } catch (bad_alloc& e) {
        cout << "Caught bad_alloc: " << e.what() << endl;

    } catch (MyException& e) {
        cout << "Caught custom exception: " << e.getMessage() << endl;

    } catch (...) { // 捕获所有其他类型的异常
        cout << "Caught an unknown exception." << endl;
    }

    cout << "Program continues after exception handling." << endl;
    return 0;
}

1.7.2运行结果示例:

1. 抛出整数类型异常:throw 42;

输出:

Caught an integer exception: 42
Program continues after exception handling.

2. 抛出浮点数类型异常:throw 3.14;

输出:

Caught a floating-point exception: 3.14
Program continues after exception handling.

3. 抛出 C 字符串类型异常:throw "An error occurred!";

输出:

Caught a C-string exception: An error occurred!
Program continues after exception handling.

4. 抛出 C++ 字符串类型异常:throw string("String object error");

输出:

Caught a string object exception: String object error
Program continues after exception handling.
5. 抛出标准库逻辑错误异常:throw logic_error("Logic error");

输出:

Caught logic_error: Logic error
Program continues after exception handling.

6. 抛出标准库运行时错误异常:throw runtime_error("Runtime error");

输出:

Caught runtime_error: Runtime error
Program continues after exception handling.

7. 抛出超出范围异常:throw out_of_range("Out of range error");

输出:

Caught out_of_range: Out of range error
Program continues after exception handling.

8. 抛出内存分配失败异常:throw bad_alloc();

输出:

Caught bad_alloc: std::bad_alloc
Program continues after exception handling.

9. 抛出自定义异常:throw MyException("Custom exception occurred!");

输出:

Caught custom exception: Custom exception occurred!
Program continues after exception handling.

10. 抛出未匹配的异常(如结构体或未列出的类型);
struct UnknownException {};
throw UnknownException();

输出:

Caught an unknown exception.
Program continues after exception handling.

1.7.3通用总结

  1. 对每种异常类型都有专门的 catch 块处理,并输出对应的内容。
  2. 如果异常类型不匹配,会进入通用的 catch(...) 块,确保程序不会因未捕获的异常而崩溃。

解析: 

  1. 逐个抛出不同类型的异常:

    1. 使用 throw 语句抛出整数、浮点数、字符串、标准库异常、自定义异常等。
  2. 多个 catch 块:

    1. 每个 catch 块捕获一种特定类型的异常。
    2. 使用 catch(...) 捕获所有未明确处理的异常。
  3. 自定义异常:

    1. 定义了一个 MyException 类,用于抛出和捕获自定义的错误。

二、用命名空间避免同名冲突


1. 什么是同名冲突?

1.1 同名冲突现象

在大型项目中,不同的模块或库可能会定义相同名字的变量、函数或类。这会导致程序不知道该调用哪一个。例如:

#include <iostream>
using namespace std;

void print() {
    cout << "Global print function" << endl;
}

namespace ModuleA {
    void print() {
        cout << "ModuleA's print function" << endl;
    }
}

int main() {
    print();  // 问题:调用的是全局的 print 还是 ModuleA 的 print?
    return 0;
}
/*
输出:
Global print function
*/

这种情况下,同名的 print 函数可能引发歧义,导致意外的错误行为。


2. 什么是命名空间(namespace)?

2.1 定义

命名空间是 C++ 提供的一种机制,用来组织代码,解决名字冲突问题。
通过命名空间,程序员可以为变量、函数或类添加“所属空间”的限定,避免与其他模块中的名字冲突。

2.2 语法格式

namespace [命名空间的名字]{
    // 定义变量、函数、类
}
  • namespace_name 是命名空间的名字。
  • 命名空间的成员通过 namespace_name::member 访问。

3. 使用命名空间解决名字冲突

3.1 基本使用

将同名的函数或变量放入不同的命名空间,可以解决名字冲突问题:

#include <iostream>
using namespace std;

namespace ModuleA {
    void print() {
        cout << "ModuleA's print function" << endl;
    }
}

namespace ModuleB {
    void print() {
        cout << "ModuleB's print function" << endl;
    }
}

int main() {
    ModuleA::print();  // 调用 ModuleA 的 print 函数
    ModuleB::print();  // 调用 ModuleB 的 print 函数
    return 0;
}
/*
输出:
ModuleA's print function 
ModuleB's print function
*/

解释:

  • print() 函数分别放在 ModuleAModuleB 命名空间中。
  • 通过 ModuleA::print()ModuleB::print() 调用,避免了名字冲突。

3.2 嵌套命名空间

命名空间可以嵌套使用,用于组织更复杂的代码:

#include <iostream>
using namespace std;

namespace Outer {
    namespace Inner {
        void print() {
            cout << "Inner namespace print function" << endl;
        }
    }
}

int main() {
    Outer::Inner::print();  // 调用嵌套命名空间中的函数
    return 0;
}
/*
输出:
Inner namespace print function
*/

注意:

  • 嵌套命名空间使代码结构更清晰,但调用成员时需要完整的命名空间路径。

4. 使用命名空间中的成员

4.1 使用 using 声明

通过 using namespace 声明,可以简化命名空间成员的调用:

#include <iostream>
using namespace std;

namespace ModuleA {
    void print() {
        cout << "ModuleA's print function" << endl;
    }
}

int main() {
    using namespace ModuleA;  // 引入 ModuleA 命名空间
    print();  // 直接调用 ModuleA 的 print 函数
    return 0;
}
/*
输出:
ModuleA's print function
*/

4.2 注意点

  1. 如果多个命名空间中有同名成员,不能直接使用 using namespace,需要明确调用:

    using namespace ModuleA;
    using namespace ModuleB;
    print();  // 错误:不明确调用哪个命名空间的 print
    
  2. 可以使用 using 声明单个成员:

    using ModuleA::print;  // 只引入 ModuleA 的 print 函数
    print();
    

5. 无命名空间的情况

5.1.问题

在没有命名空间的情况下,同名冲突会导致程序错误。例如:

#include <iostream>
using namespace std;

void print() {
    cout << "Global print function" << endl;
}

void print() {  // 重复定义
    cout << "Duplicate print function" << endl;
}

int main() {
    print();  // 错误:重复定义导致编译错误
    return 0;
}

5.2.解决

将函数放入不同的命名空间即可避免冲突。


6. 标准命名空间 std

6.1 定义

C++ 标准库中的所有内容都定义在命名空间 std 中,例如 coutcinstring 等。

6.2使用方法

  • 通过 std:: 使用标准库成员:

    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    
  • 或者引入 std 命名空间:

    using namespace std;
    cout << "Hello, World!" << endl;
    

6.3注意:

  • 在大型项目中,避免使用 using namespace std;,因为可能会与用户定义的名字冲突。

7. 总结

  1. 同名冲突:

    • 不同模块可能定义相同名字的变量、函数或类,导致冲突。
  2. 命名空间:

    • 通过 namespace 将代码分组,解决名字冲突。
    • 成员访问语法:namespace_name::member
  3. using 的使用:

    • 使用 using namespace 简化命名空间成员的调用,但要注意避免歧义。
  4. 标准命名空间:

    • std 是 C++ 标准库的命名空间,包含 coutcin 等标准成员。


三、总结

1.异常处理

  1. 异常处理通过 try-catch 机制捕获和处理异常,防止程序崩溃。
  2. 使用 throw 抛出异常,catch 捕获异常。
  3. 可自定义异常类,用于处理复杂错误。

2.命名空间

  1. 命名空间用于组织代码,避免命名冲突。
  2. 使用 namespace_name::identifier 访问命名空间中的成员。
  3. 可以使用 using namespace 简化调用。

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