C++ 异常处理与调试面试题

1. C++的异常处理机制是什么？

答案：

• 基本语法

try {
    // 可能抛出异常的代码
    throw runtime_error("Error occurred");
} catch (const exception& e) {
    // 处理异常
    cout << e.what() << endl;
} catch (...) {
    // 捕获所有异常
}

• 异常类层次exception（基类）logic_error：逻辑错误invalid_argumentout_of_rangelength_errorruntime_error：运行时错误overflow_errorunderflow_errorrange_errorbad_alloc：内存分配失败bad_cast：类型转换失败
• 异常传播沿调用栈向上传播直到被捕获或到达main未捕获异常调用terminate()
• 栈展开（Stack Unwinding）异常抛出后，自动调用局部对象的析构函数保证资源正确释放RAII的重要性

2. 什么时候应该使用异常？

答案：

• 适合使用异常错误无法在当前层级处理构造函数失败（无返回值）运算符重载失败深层调用栈的错误传播异常情况，非正常流程
• 不适合使用异常正常的控制流程性能关键代码可预期的错误（用返回值）析构函数中（可能导致程序终止）
• 异常 vs 返回值

// 返回值方式
int divide(int a, int b, int& result) {
    if (b == 0) return -1;  // 错误码
    result = a / b;
    return 0;  // 成功
}

// 异常方式
int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) throw invalid_argument("Division by zero");
    return a / b;
}

• 异常的优势错误处理与正常逻辑分离强制处理错误自动资源清理
• 异常的劣势性能开销代码流程不直观可能被忽略

3. noexcept的作用是什么？

答案：

• 定义声明函数不抛出异常C++11引入，替代throw()
• 语法

void func() noexcept;  // 不抛异常
void func() noexcept(true);  // 不抛异常
void func() noexcept(false);  // 可能抛异常

// 条件noexcept
template<typename T>
void swap(T& a, T& b) noexcept(noexcept(T(std::move(a)))) {
    T temp(std::move(a));
    a = std::move(b);
    b = std::move(temp);
}

• 作用编译器优化移动构造函数应该标记noexcept容器操作更高效（如vector扩容）
• 违反noexcept如果noexcept函数抛异常调用std::terminate()程序终止
• 使用建议移动构造和移动赋值标记noexcept析构函数默认noexceptswap函数标记noexcept确保不会抛异常再使用

4. 如何自定义异常类？

答案：

• 继承std::exception

class MyException : public std::exception {
    string message;
public:
    MyException(const string& msg) : message(msg) {}
    
    const char* what() const noexcept override {
        return message.c_str();
    }
};

• 使用示例

void process(int value) {
    if (value < 0) {
        throw MyException("Value must be non-negative");
    }
}

try {
    process(-1);
} catch (const MyException& e) {
    cout << "Error: " << e.what() << endl;
}

• 最佳实践继承标准异常类重写what()方法what()标记为noexcept提供有意义的错误信息

5. 异常安全性的三个级别是什么？

答案：

• 基本保证（Basic Guarantee）异常发生后，对象仍处于有效状态不泄漏资源可能改变对象状态
• 强保证（Strong Guarantee）操作成功或完全回滚