Learning Objectives
- 說明為什麼需要例外：把「發生錯誤」和「正常結果」分開處理
- 用 throw 丟出例外，用 try／catch 接住，追蹤程式跳躍的路線
- 依型別安排多個 catch，知道 catch (...) 與「子類別先、父類別後」的順序
- 使用標準例外類別與 what()，處理 vector::at 與 stoi 丟出的例外
- 自訂例外類別，說明例外往外傳遞時區域物件會被解構，以及沒有被接住時程式會結束
為什麼需要例外
程式執行時總會遇到「不該發生、但真的發生了」的情況：除數是 0、使用者輸入的不是數字、索引超出範圍、檔案打不開。
傳統的做法是讓函式回傳一個特別的值代表失敗，例如找不到就回傳 -1：
int pos = findStudent("Amy");
if (pos == -1) { /* 處理找不到 */ }
這個做法有兩個麻煩：呼叫端很容易忘了檢查，錯誤就被默默忽略；而且有些函式的每個回傳值都是合法結果（例如除法）， 根本挑不出一個值來代表錯誤。
例外（exception）是 C++ 提供的另一條路：發生錯誤的地方用 throw 丟出一個例外物件，函式立刻停止；
程式沿著呼叫的路線往外找，找到能處理它的 catch 就跳過去執行。錯誤處理的程式集中在 catch，正常流程的程式就不會被一堆 if 打斷。
try {
// 可能出錯的程式
} catch (const runtime_error& e) {
// 出錯時要做的事，e.what() 是錯誤訊息
}
本課的動畫會把例外發生的那一步標示出來，接著你會看到程式「跳」到 catch，中間沒執行的程式碼全部被跳過。
throw 與 try／catch
divide(10, 4) 正常回傳；divide(5, 0) 在第 8 行丟出例外。注意例外發生之後，divide 的框架立刻消失，第 10 行的 return 和第 17 行都沒有執行，下一步直接到第 18 行的 catch。
例外的流程規則
| 寫法 | 意思 |
|---|---|
throw 運算式; |
丟出例外。可以丟任何型別：throw 404;、throw string("...");、throw runtime_error("..."); |
try { ... } |
把可能丟出例外的程式包起來；沒有包在 try 裡的例外無法在這裡被接住 |
catch (型別 名稱) { ... } |
例外的型別相符時執行；一個 try 後面可以接好幾個 catch |
catch (...) |
三個點：接住任何型別的例外，一定要放在最後 |
流程有三個重點：
throw執行後，同一個區塊裡後面的程式全部跳過，函式也不會回傳值。- 程式從 try 後面的第一個 catch 開始由上往下比對型別，只會進入第一個相符的 catch，其他 catch 不執行。
- catch 執行完，程式接著執行整個 try／catch 之後的程式，不會回到 throw 的地方。
catch 比對型別時很嚴格：throw 'x';（char）不會被 catch (int n) 接住，throw 3.14; 也不會；一般的型別轉換在這裡不算數。
主要的例外是繼承：子類別的例外物件可以被父類別的 catch 接住，後面會用到。
習慣寫法：丟出時用值（
throw runtime_error("...")），接住時用 const 參考（catch (const runtime_error& e)）， 避免複製例外物件，也能正確處理子類別。
多個 catch：依型別比對
迴圈讓 code 從 0 跑到 3，每一輪 check 丟出不同型別的例外（0 不丟）。觀察每次例外發生之後，程式跳到哪一個 catch：int 跳到第 17 行，string 跳到第 19 行，double 沒有對應的 catch，由第 21 行的 catch (...) 接住。
想一想：例外的流程
下面的程式會印出什麼？
try {
cout << "A";
throw 1;
cout << "B";
} catch (int n) {
cout << "C";
}
cout << "D";
下面的程式會印出什麼？
try {
throw 'x';
} catch (int n) {
cout << "int";
} catch (...) {
cout << "其他";
}
out_of_range 是 exception 的子類別。下面的程式會印出什麼？
try {
throw out_of_range("x");
} catch (const exception& e) {
cout << "A";
} catch (const out_of_range& e) {
cout << "B";
}
cout << "C";
標準例外類別
標準函式庫定義了一組例外類別，全部繼承自 std::exception（標頭檔 <exception>）；常用的幾個在 <stdexcept>：
| 類別 | 用途 | 誰會丟出 |
|---|---|---|
exception |
所有標準例外的父類別 | |
logic_error |
程式邏輯上就能避免的錯誤 | |
invalid_argument |
引數不合法 | stoi("abc") |
out_of_range |
超出範圍 | vector::at、string::at、stoi("99999999999") |
runtime_error |
執行時才會發現的錯誤 | 自己丟出時最常用 |
bad_alloc |
new 要不到記憶體（在 <new>） |
new |
invalid_argument、out_of_range 是 logic_error 的子類別。每個例外物件都有成員函式 what()，回傳一段描述錯誤的文字；
建立時傳進去的字串就是 what() 的內容，例如 runtime_error("除數不能是 0")。
[] 和 at() 的差別：v[5] 不檢查範圍，超出範圍是未定義行為；v.at(5) 會檢查，超出範圍時丟出 out_of_range，可以用 catch 處理。
stoi（<string>，C++11）把字串轉成 int：開頭不是數字時丟出 invalid_argument，數字超出 int 能表示的範圍時丟出 out_of_range。
注意 stoi 只看開頭，stoi("12abc") 會得到 12，不會丟出例外。
vector::at 與 stoi 丟出的例外
第 12 行的 scores.at(5) 超出範圍，例外訊息是 g++ 的標準函式庫（libstdc++）產生的。後半段的迴圈把三個字串交給 stoi：第一個成功，第二個丟出 invalid_argument，第三個丟出 out_of_range，各自跳到對應的 catch。
自訂例外與堆疊解開
自己的程式也可以定義例外類別，讓 catch 依錯誤種類分開處理。最常見的寫法是繼承標準例外：
// 寫法一：繼承 exception，覆寫 what()
class NotEnoughMoney : public exception {
public:
const char* what() const noexcept override { return "餘額不足"; }
};
// 寫法二：繼承 runtime_error，把訊息交給父類別的建構子
class NotEnoughMoney : public runtime_error {
public:
NotEnoughMoney() : runtime_error("餘額不足") {}
};
noexcept（C++11）表示這個函式保證不會丟出例外；what() 在標準例外裡就是這樣宣告的，覆寫時要寫一樣。
繼承之後，catch (const exception& e) 也能接住它，e.what() 會呼叫覆寫後的版本。
例外丟出之後，如果目前的函式沒有相符的 catch，例外會往外傳遞給呼叫它的函式，一路找下去。
被經過的每個函式都會結束，它們的區域物件會依建立的相反順序被解構，這個過程叫做堆疊解開（stack unwinding）。
所以 vector、string、ofstream 這些會在解構子裡釋放資源的物件，即使發生例外也不會漏掉清理。
例外往外傳遞，沿路解構區域物件
main 呼叫 shop，shop 呼叫 withdraw，右邊會疊出三層框架。第 23 行丟出例外後，withdraw 和 shop 都沒有 catch，注意框架一層層消失之前，各自的 Tracker 解構子都被呼叫了（先 withdraw 的、再 shop 的）。第 24、30 行都沒有執行。
沒有被接住的例外
如果例外一路往外傳到 main 都沒有相符的 catch，程式會呼叫 std::terminate() 結束，預設的做法是呼叫 abort() 立刻中止。
用 g++ 編譯的程式在 Linux 上會印出類似這樣的訊息：
terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range'
what(): vector::_M_range_check: __n (which is 10) >= this->size() (which is 3)
Aborted (core dumped)
第一行告訴你例外的型別，第二行是 what() 的內容。這種情況下區域物件會不會被解構，C++ 標準交給各家實作決定，不要依賴它。
沒有 catch：程式結束
這段程式沒有 try／catch。播到最後一步，看輸出區的錯誤訊息，第 10 行的「結束」不會印出來。
想一想：標準例外與傳遞
下面的程式會印出什麼？
try {
cout << stoi("12abc") + 1;
} catch (const invalid_argument& e) {
cout << "錯誤";
}
下面的程式會印出什麼？
struct Box {
char tag;
Box(char t) : tag(t) {}
~Box() { cout << tag; }
};
void inner() { Box b('2'); throw 0; }
void outer() { Box a('1'); inner(); }
int main() {
try { outer(); } catch (int) { cout << "C"; }
}
vector<int> v(3); 之後，v[5] = 1; 和 v.at(5) = 1; 有什麼不同？
動手寫：檢查年齡輸入
完成 parseAge 與 main 迴圈：stoi 遇到不是數字的字串會自己丟出 invalid_argument；你要在年齡小於 0 或大於 150 時丟出 out_of_range("年齡不合理")。main 要分別接住兩種例外，輸出要和預期相同。
重點回顧
throw丟出例外，所在的區塊和函式立刻停止；try包住可能出錯的程式，catch依型別接住例外- catch 由上往下比對，只進入第一個相符的；
catch (...)接住任何型別，放在最後；子類別的 catch 要放在父類別前面 - 丟出時用值，接住時用 const 參考：
catch (const runtime_error& e)，e.what()取得錯誤訊息 - 標準例外都繼承
std::exception；vector::at超出範圍丟出out_of_range，stoi會丟出invalid_argument或out_of_range - 自訂例外可以繼承
exception覆寫what()，或繼承runtime_error傳入訊息 - 例外往外傳遞時，經過的函式依序結束，區域物件被解構（堆疊解開）；一直沒有被接住時，程式呼叫
std::terminate()結束