异常

异常处理

异常是程序在执行期间产生的问题，不是编译时的错误。

C++ 异常是指在程序运行时发生的特殊情况，比如尝试除以零的操作。

异常提供了一种转移程序控制权的方式。C++ 异常处理涉及到三个关键字：try、catch、throw。

• throw：当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用 throw 关键字来完成的。
• catch：在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常。catch 关键字用于捕获异常。
• try：try 块中的代码标识将被激活的特定异常。它后面通常跟着一个或多个 catch 块。

如果有一个块抛出一个异常，捕获异常的方法会使用 try 和 catch 关键字。

try 块中放置可能抛出异常的代码，try 块中的代码被称为保护代码。使用 try/catch 语句的语法如下所示：

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e1 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName e2 )
{
   // catch 块
}catch( ExceptionName eN )
{
   // catch 块
}Code language: JavaScript (javascript)

如果 try 块在不同的情境下会抛出不同的异常，这个时候可以尝试罗列多个 catch 语句，用于捕获不同类型的异常。

抛出异常

您可以使用 throw 语句在代码块中的任何地方抛出异常。throw 语句的操作数可以是任意的表达式，表达式的结果的类型决定了抛出的异常的类型。

以下是尝试除以零时抛出异常的实例：

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}Code language: JavaScript (javascript)

捕获异常

catch 块跟在 try 块后面，用于捕获异常。您可以指定想要捕捉的异常类型，这是由 catch 关键字后的括号内的异常声明决定的。

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e )
{
  // 处理 ExceptionName 异常的代码
}Code language: JavaScript (javascript)

上面的代码会捕获一个类型为 ExceptionName 的异常。如果您想让 catch 块能够处理 try 块抛出的任何类型的异常，则必须在异常声明的括号内使用省略号 ...，如下所示：

try
{
   // 保护代码
}catch(...)
{
  // 能处理任何异常的代码
}Code language: JavaScript (javascript)

下面是一个实例，抛出一个除以零的异常，并在 catch 块中捕获该异常：

#include <iostream>
using namespace std;

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}

int main ()
{
   int x = 50;
   int y = 0;
   double z = 0;

   try {
     z = division(x, y);
     cout << z << endl;
   }catch (const char* msg) {
     cerr << msg << endl;
   }

   return 0;
}Code language: PHP (php)

由于我们抛出了一个类型为 const char* 的异常，因此，当捕获该异常时，我们必须在 catch 块中使用 const char*。当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Division by zero condition!

标准异常

C++ 提供了一系列标准的异常，定义在 <exception> 中，我们可以在程序中使用这些标准的异常。

它们是以父子类层次结构组织起来的，如下所示：

异常	描述
std::exception	该异常是所有标准 C++ 异常的父类
std::bad_alloc	该异常可以通过 new 抛出
std::bad_cast	该异常可以通过 dynamic_cast 抛出
std::bad_exception	这在处理 C++ 程序中无法预期的异常时非常有用
std::bad_typeid	该异常可以通过 typeid 抛出
std::logic_error	理论上可以通过读取代码来检测到的异常
std::domain_error	当使用了一个无效的数学域时，会抛出该异常
std::invalid_argument	当使用了无效的参数时，会抛出该异常
std::length_error	当创建了太长的 std::string 时，会抛出该异常
std::out_of_range	该异常可以通过 at 方法抛出，例如 vector 和 bitset
std::runtime_error	理论上不可以通过读取代码来检测到的异常
std::overflow_error	当发生数学上溢时，会抛出该异常
std::range_error	当尝试存储超出范围的值时，会抛出该异常
std::underflow_error	当发生数学下溢时，会抛出该异常

定义新的异常

您可以通过继承和重载 exception 类来定义新的异常。下面的实例演示了如何使用 std::exception 类来实现自己的异常：

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;

struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "C++ Exception";
  }
};

int main()
{
  try
  {
    throw MyException();
  }
  catch(MyException& e)
  {
    std::cout << "MyException caught" << std::endl;
    std::cout << e.what() << std::endl;
  }
  catch(std::exception& e)
  {
    //其他的错误
  }
}Code language: PHP (php)

这将产生以下结果：

MyException caught
C++ ExceptionCode language: PHP (php)

在这里，what() 是异常类提供的一个公共方法，它已被所有子异常类重载。这将返回异常产生的原因。

我们的代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;

struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "出错了，除数为零";
  }
};

double Division(int a,int b)
{
    if(b==0){
        throw MyException();
    }
    return 1.0*a/b;
}

// 程序的主函数
int main( )
{
    try
    {
        cout << Division(1,0) << endl;
    } catch (MyException& e)
    {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }

   return 0;
}Code language: PHP (php)

动态内存

了解动态内存在 C++ 中是如何工作的是成为一名合格的 C++ 程序员必不可少的。C++ 程序中的内存分为两个部分：

• 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存。
• 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。

很多时候，您无法提前预知需要多少内存来存储某个定义变量中的特定信息，所需内存的大小需要在运行时才能确定。

在 C++ 中，您可以使用特殊的运算符为给定类型的变量在运行时分配堆内的内存，这会返回所分配的空间地址。这种运算符即 new 运算符。

如果您不再需要动态分配的内存空间，可以使用 delete 运算符，删除之前由 new 运算符分配的内存。

new 和 delete 运算符

下面是使用 new 运算符来为任意的数据类型动态分配内存的通用语法：

new data-type;Code language: JavaScript (javascript)

在这里，data-type 可以是包括数组在内的任意内置的数据类型，也可以是包括类或结构在内的用户自定义的任何数据类型。让我们先来看下内置的数据类型。例如，我们可以定义一个指向 double 类型的指针，然后请求内存，该内存在执行时被分配。我们可以按照下面的语句使用 new 运算符来完成这点：

double *pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;   // 为变量请求内存Code language: PHP (php)

如果自由存储区已被用完，可能无法成功分配内存。

所以建议检查 new 运算符是否返回 NULL 指针，并采取以下适当的操作：

double* pvalue  = NULL;
if( !(pvalue  = new double ))
{
   cout << "Error: out of memory." <<endl;
   exit(1);
}Code language: PHP (php)

（new double，如果分配不成功会返回 NULL，而 !NULL 则为 true）

malloc() 函数在 C 语言中就出现了，在 C++ 中仍然存在，但建议尽量不要使用 malloc() 函数。new 与 malloc() 函数相比，其主要的优点是，new 不只是分配了内存，它还创建了对象。

在任何时候，当您觉得某个已经动态分配内存的变量不再需要使用时，您可以使用 delete 操作符释放它所占用的内存，如下所示：

delete pvalue;        // 释放 pvalue 所指向的内存Code language: JavaScript (javascript)

下面的实例中使用了上面的概念，演示了如何使用 new 和 delete 运算符：

#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
   double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
   pvalue  = new double;   // 为变量请求内存

   *pvalue = 29494.99;     // 在分配的地址存储值
   cout << "Value of pvalue : " << *pvalue << endl;

   delete pvalue;         // 释放内存

   return 0;
}Code language: PHP (php)

我们的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
  double* po = NULL;
  //po = new double;
  if (!(po = new double))
  {
    cout << "分配内存失败" << endl;
  }

  *po = 54545.222;
  cout << *po << endl;

  delete po;// 释放内存
  return 0;
}Code language: PHP (php)

数组的动态内存分配

假设我们要为一个字符数组（一个有 20 个字符的字符串）分配内存，我们可以使用上面实例中的语法来为数组动态地分配内存，如下所示：

char* pvalue  = NULL;   // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new char[20]; // 为变量请求内存Code language: PHP (php)

要删除我们刚才创建的数组，语句如下：

delete [] pvalue;        // 删除 pvalue 所指向的数组Code language: JavaScript (javascript)

下面是 new 操作符的通用语法，可以为多维数组分配内存，如下所示：

一维数组

// 动态分配,数组长度为 m
int *array = new int [m];

// 释放内存
delete [] array;Code language: PHP (php)

看一个例子：

int main()
{
    int *c = NULL;
    c = new int[20];
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        c[i] = i + 1;
    }
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        cout << c[i] << " ";
        if (i%5==0)
        {
            cout << endl;
        }
    }
    delete c;
}Code language: JavaScript (javascript)

我们的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
  int *p = NULL;
  p = new int[10];//数组的指针是第一个元素的地址

  for(int i = 0;i<10;i++)
  {
     p[i] = i + 1;
   }

   for(int i=0;i<10;i++)
   {
        cout << p[i] << endl;
   }

  delete p;
  return 0;
}Code language: PHP (php)

命名空间

假设这样一种情况，当一个班上有两个名叫 Zara 的学生时，为了明确区分它们，我们在使用名字之外，不得不使用一些额外的信息，比如他们的家庭住址，或者他们父母的名字等等。或者根据身高来判断大小——大张三、小张三，这里的大小就是命名空间的概念。

同样的情况也出现在 C++ 应用程序中。例如，您可能会写一个名为 xyz() 的函数，在另一个可用的库中也存在一个相同的函数 xyz()。这样，编译器就无法判断您所使用的是哪一个 xyz() 函数。

因此，引入了命名空间这个概念，专门用于解决上面的问题，它可作为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等。使用了命名空间即定义了上下文。本质上，命名空间就是定义了一个范围。

我们举一个计算机系统中的例子，一个文件夹（目录）中可以包含多个文件夹，每个文件夹中不能有相同的文件名，但不同文件夹中的文件可以重名。

定义命名空间

命名空间的定义使用关键字 namespace，后跟命名空间的名称，如下所示：

namespace namespace_name
{
   // 代码声明
}Code language: JavaScript (javascript)

为了调用带有命名空间的函数或变量，需要在前面加上命名空间的名称，如下所示：

namespace_name::code;  // code 可以是变量或函数Code language: PHP (php)

让我们来看看命名空间如何为变量或函数等实体定义范围：

#include <iostream>
using namespace std;

namespace abc
{
    void fun()
    {
        cout << "我是abc的fun函数" << endl;
    }
}

namespace xyz
{
    void fun()
    {
        cout << "我是xyz的fun函数" << endl;
    }
}

int main()
{
    abc::fun();
    xyz::fun();
}Code language: PHP (php)

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

我是abc的fun函数
我是xyz的fun函数

using 指令

您可以使用 using namespace 指令，这样在使用命名空间时就可以不用在前面加上命名空间的名称。这个指令会告诉编译器，后续的代码将使用指定的命名空间中的名称。

namespace abc
{
    void fun()
    {
        cout << "我是abc的fun函数" << endl;
    }
}

namespace xyz
{
    void fun()
    {
        cout << "我是xyz的fun函数" << endl;
    }
}

using namespace abc;
int main()
{
    fun();
}Code language: PHP (php)

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

我是abc的fun函数

using 指令也可以用来指定命名空间中的特定项目。例如，如果您只打算使用 std 命名空间中的 cout 部分，您可以使用如下的语句：

using std::cout;Code language: CSS (css)

随后的代码中，在使用 cout 时就可以不用加上命名空间名称作为前缀，但是 std 命名空间中的其他项目仍然需要加上命名空间名称作为前缀，如下所示：

#include <iostream>
using std::cout;

int main ()
{

   cout << "std::endl is used with std!" << std::endl;

   return 0;
}Code language: PHP (php)

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

std::endl is used with std!Code language: JavaScript (javascript)

using 指令引入的名称遵循正常的范围规则。名称从使用 using 指令开始是可见的，直到该范围结束。此时，在范围以外定义的同名实体是隐藏的。

嵌套的命名空间

命名空间可以嵌套，您可以在一个命名空间中定义另一个命名空间，如下所示：

namespace namespace_name1 {
   // 代码声明
   namespace namespace_name2 {
      // 代码声明
   }
}Code language: JavaScript (javascript)

例子：

#include <iostream>
using namespace std;

namespace abc
{
    namespace xyz
    {
        void fun()
        {
            cout << "我是abc里面的xyz的fun函数" << endl;
        }
    }
}

int main()
{
    abc::xyz::fun();
}Code language: PHP (php)

您可以通过使用 :: 运算符来访问嵌套的命名空间中的成员：

// 访问 namespace_name2 中的成员
using namespace namespace_name1::namespace_name2;

// 访问 namespace:name1 中的成员
using namespace namespace_name1;Code language: PHP (php)

在上面的语句中，如果使用的是 namespace_name1，那么在该范围内 namespace_name2 中的元素也是可用的，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;

namespace abc
{
    namespace xyz
    {
        void fun()
        {
            cout << "我是abc里面的xyz的fun函数" << endl;
        }
    }

    void otherFun()
    {
        cout << "我是abc里面的otherFun函数" << endl;
    }
}

using namespace abc::xyz;
using namespace abc;

int main()
{
    fun();
    otherFun();
}Code language: PHP (php)

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

我是abc里面的xyz的fun函数
我是abc里面的otherFun函数

模板

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

模板是创建泛型类或函数的蓝图或公式。库容器，比如迭代器和算法，都是泛型编程的例子，它们都使用了模板的概念。

每个容器都有一个单一的定义，比如向量，我们可以定义许多不同类型的向量，比如 vector <int> 或 vector <string>。

您可以使用模板来定义函数和类，接下来让我们一起来看看如何使用。

函数模板

模板函数定义的一般形式如下所示：

template <typename type> ret-type func-name(parameter list)
{
   // 函数的主体
}Code language: PHP (php)

在这里，type 是函数所使用的数据类型的占位符名称。这个名称可以在函数定义中使用。

下面是函数模板的实例，返回两个数中的最大值：

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

template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b)
{
    return a < b ? b:a;
}

int main()
{
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; //T在这里就是int

    double f1 = 13.5;
    double f2 = 20.7;
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; //T在这里会被替换为double

    string s1 = "Hello";
    string s2 = "World";
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; //T会替换为string

  return 0;
}Code language: PHP (php)

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Max(i, j): 39
Max(f1, f2): 20.7
Max(s1, s2): WorldCode language: CSS (css)