C++算法异常处理 边界条件防御编程

异常处理与边界检查是C++算法健壮性的核心，通过try-catch捕获非法输入如空容器，结合RAII管理资源，避免内存泄漏；在函数入口验证指针、下标、数值溢出等边界条件，辅以assert调试断言，确保程序稳定可靠。

在C++算法开发中，异常处理和边界条件的防御性编程是确保程序健壮性和稳定性的关键环节。很多运行时错误，如数组越界、空指针解引用、除零操作等，都可以通过提前检查边界和合理使用异常机制来避免。

异常处理机制的合理使用

C++提供了一套完整的异常处理机制，通过try、catch、throw关键字实现。在算法中，对于可能出错的操作，应主动抛出并捕获异常，而不是任由程序崩溃。

例如，在实现一个查找算法时，若输入为空容器，可抛出异常：

template 
int find_index(const std::vector& vec, const T& value) {
    if (vec.empty()) {
        throw std::invalid_argument("Vector is empty");
    }
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        if (vec[i] == value) {
            return static_cast(i);
        }
    }
    return -1; // Not found
}

调用时使用try-catch捕获异常：

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try {
    auto index = find_index(data, target);
} catch (const std::invalid_argument& e) {
    std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
}
边界条件的防御性检查
防御性编程要求在函数入口处对所有输入进行有效性验证，尤其关注边界情况。常见的边界包括：
空指针或空容器
数组或容器的下标越界
数值溢出或除零
递归深度过大导致栈溢出
例如，在二分查找中必须检查左右边界：

							

								
								

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int binary_search(const std::vector& arr, int left, int right, int target) {
    if (left > right) {
        return -1; // 边界不合法
    }
    while (left <= right) {
        int mid = left + (right - left) / 2; // 防止溢出
        if (arr[mid] == target) return mid;
        if (arr[mid] < target) left = mid + 1;
        else right = mid - 1;
    }
    return -1;
}
资源管理与RAII原则
在异常发生时，若未正确释放资源（如动态内存、文件句柄），会导致资源泄漏。C++的RAII（Resource Acquisition Is Initialization）机制能有效解决这一问题。
使用智能指针和容器代替裸指针，可自动管理内存：
std::unique_ptr data = std::make_unique(size);
// 即使后续抛出异常，内存也会自动释放
自定义类中也应遵循构造函数获取资源、析构函数释放资源的模式。
断言与调试辅助
在开发阶段，使用assert可以快速发现非法状态：
#include 
void process_array(int* arr, size_t size) {
    assert(arr != nullptr && "Array pointer is null");
    assert(size > 0 && "Array size must be positive");
    // 正常处理逻辑
}
注意：assert仅在调试版本生效，不可用于处理运行时错误，仅作为开发期检查。
基本上就这些。异常处理和边界检查不是冗余代码，而是保障算法在真实环境中可靠运行的基础。写代码时多想一步边界情况，能大幅减少后期调试成本。