如何设计C/C++程序的错误异常处理系统，如何设计异常继承体系，有哪些指导性原则，请设计一个示例异常继承体系，写段示例代码

设计C++程序的错误异常处理系统时，需要考虑如何有效地捕获和处理异常，同时确保代码的可读性和可维护性。以下是设计异常处理系统和异常继承体系的一些指导性原则，以及一个示例实现。

指导性原则

1. 异常类继承体系：

   • 使用继承来组织异常类，基类通常是std::exception或其派生类。
   • 派生类可以表示不同类型的异常，如逻辑错误、运行时错误、资源错误等。
   • 每个异常类应提供足够的信息来描述异常的原因。

2. 异常安全性：

   • 确保在抛出异常时，程序的状态保持一致，避免资源泄漏。
   • 使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）模式管理资源。

3. 异常捕获：

   • 捕获异常时，尽量从最具体的异常类型开始捕获，最后捕获最通用的异常类型。
   • 避免捕获所有异常（catch (...)）而不做任何处理。

4. 异常信息：

   • 异常类应提供what()方法，返回描述异常信息的字符串。
   • 可以在异常类中添加额外的成员变量来存储更多的上下文信息。

5. 避免滥用异常：

   • 异常应仅用于处理异常情况，而不是用于控制流程。
   • 对于可预见的错误（如用户输入错误），使用返回值或错误码可能更合适。

示例异常继承体系

以下是一个简单的异常继承体系示例，包含一个基类和几个派生类：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>

// 基类：自定义异常基类，继承自std::exception
class MyException : public std::exception {
protected:
    std::string message;

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

// 派生类1：逻辑错误异常
class LogicErrorException : public MyException {
public:
    LogicErrorException(const std::string& msg) : MyException("Logic Error: " + msg) {}
};

// 派生类2：运行时错误异常
class RuntimeErrorException : public MyException {
public:
    RuntimeErrorException(const std::string& msg) : MyException("Runtime Error: " + msg) {}
};

// 派生类3：资源错误异常
class ResourceErrorException : public MyException {
public:
    ResourceErrorException(const std::string& msg) : MyException("Resource Error: " + msg) {}
};

// 示例函数，可能抛出不同类型的异常
void riskyFunction(int value) {
    if (value < 0) {
        throw LogicErrorException("Value cannot be negative");
    }
    if (value > 100) {
        throw RuntimeErrorException("Value exceeds maximum limit");
    }
    if (value == 42) {
        throw ResourceErrorException("Resource unavailable for value 42");
    }
    std::cout << "Value is acceptable: " << value << std::endl;
}

int main() {
    try {
        riskyFunction(-10);  // 抛出LogicErrorException
    } catch (const LogicErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const RuntimeErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const ResourceErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Unknown exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    try {
        riskyFunction(200);  // 抛出RuntimeErrorException
    } catch (const LogicErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const RuntimeErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const ResourceErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Unknown exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    try {
        riskyFunction(42);  // 抛出ResourceErrorException
    } catch (const LogicErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const RuntimeErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const ResourceErrorException& e) {
        std::cerr << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Unknown exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码说明

1. 基类 MyException：

   • 继承自std::exception，提供了一个构造函数和一个重写的what()方法。

2. 派生类 LogicErrorException、RuntimeErrorException、ResourceErrorException：

   • 分别表示不同类型的异常，继承自MyException。
   • 每个派生类的构造函数在初始化时添加了特定的前缀，以便在what()方法中返回更具描述性的错误信息。

3. 函数 riskyFunction：

   • 根据输入值抛出不同类型的异常。

4. main函数：

   • 使用try-catch块捕获并处理不同类型的异常。
   • 捕获异常时，从最具体的异常类型开始，最后捕获最通用的std::exception。

总结

通过设计一个合理的异常继承体系，可以更好地组织和管理程序中的异常处理逻辑。每个异常类应提供足够的上下文信息，并且异常捕获时应遵循从具体到通用的原则。这样可以提高代码的可读性和可维护性，同时确保程序在异常情况下的健壮性。