}
Исключение в C++ (аналогично в Java и С#) - это способ, позволяющий поместить сообщение в бутылку, выбросить ее за борт и надеяться, что кто-нибудь пытается найти ваше сообщение где-нибудь ниже по стеку вызовов. Это является альтернативой другим, более простым методам, когда, например, возвращается код ошибки или выдается сообщение об ошибке. Семантика использования исключений (например, «попытка выполнения» каких-то действий, «выбрасывание» исключения с последующим его «перехватом») отличается от других операций С++, поэтому перед описанием способа создания класса исключения я кратко отвечу на вопрос, что представляет собой исключение и что значит выбросить и перехватить его.
Когда возникает исключительная ситуация и вы полагаете, что вызывающая программа должна быть осведомлена об этом, можете «поместить ваше сообщение в бутылку» в операторе throw, как показано ниже.
throw(Exception("Something went wrong"));
В результате среда времени выполнения сконструирует объект Exception (исключение), и затем начинается раскрутка стека вызовов до тех пор, пока не найдется блок try, в который был сделан вход, но из которого еще не сделан выход. Если среда времени выполнения не найдет такой блок, т.е. достигнет функции main (или верхний уровень текущего потока вычислений), и не может дальше раскручивать стек вызовов, вызывается специальная глобальная функция terminate. Но если блок try найден, то просматривается каждый оператор catch для данного блока try и находится тот, который перехватывает тип исключения, который был только что выброшен. Подойдет оператор примерно такого вида.
catch(Exception& е) { //...
В этом месте на основе выброшенного исключения создается новый объект Exception с помощью конструктора копирования класса Exception. (Объект исключения в области видимости throw является временным и может быть удален компилятором при оптимизации.) Первоначальное исключение уничтожается, поскольку осуществлен выход из диапазона его видимости и выполняется тело оператора catch.
Если, находясь в теле оператора catch, вы хотите только что перехваченное исключение передать дальше, вы можете вызвать функцию throw без аргументов.
throw;
Это приведет к тому, что процесс обработки исключения будет продолжен на следующие уровни стека вызовов, пока не будет найден другой подходящий обработчик. Это позволяет каждой области видимости перехватывать исключение, выполнять какие-то полезные действия и затем повторно выбрасывать исключение после завершения (или незавершения) таких действий.
Вышесказанное представляет собой ускоренный курс описания процессов выбрасывания и перехвата исключений. Теперь, когда вы обладаете этой информацией, давайте рассмотрим пример 9.1. Вы можете сконструировать исключение Exception, содержащее указатель символьной строки или строку string, и затем выбрасывать его. Но такой класс не очень полезен, так как он мало чем отличается от класса-оболочки текстового сообщения. Собственно говоря, вы могли бы получить почти такой же результат, используя в качестве объекта исключения просто строку string.
try {
throw(string("Something went wrong!"));
} catch (string& s) {
cout << "The exception was: " << s << endl;
}
Нельзя сказать, что этот подход обязательно даст хорошие результаты; моя цель продемонстрировать основное свойство исключения: им может быть любой тип C++. В качестве исключений вы можете выбрасывать тип int, char, class, struct или любой другой тип C++, если действительно это потребуется. Но вам лучше использовать иерархию классов исключений, находящихся либо в стандартной библиотеке, либо ваших собственных.
Одно из самых больших преимуществ применения иерархии классов исключений состоит в том, что это позволяет выразить сущность исключительной ситуации с помощью типа самого класса исключения, а не с помощью кода ошибки, текстовой строки, уровня серьезности ошибки или чего-то подобного. Именно так стандартная библиотека определяет стандартные исключения в заголовочном файле <stdexcept>. Базовым классом исключений в <stdexcept> является exception, который фактически определяется в <exception>. На рис. 9.1 показана иерархия стандартных классов исключений.
Рис. 9.1. Иерархия стандартных классов исключений
Название каждого стандартного класса исключений говорит, для каких исключительных ситуаций он предназначен. Например, класс logic_error (логическая ошибка) представляет ситуации, которые должны отыскиваться при написании или рецензировании программного кода, и его подклассы представляют следующие ситуации: нарушение предусловия, применение индекса, выходящего за допустимый диапазон, использование недопустимого аргумента и т.п. Дополнением логической ошибки является ошибка времени выполнения, которая представляется классом runtime_error. Она предназначена для ситуаций, которые не всегда могут быть выявлены на этапе кодирования программы, например выход за пределы диапазона, переполнение или потеря значимости (underflow).
Это покрывает ограниченный набор исключительных ситуаций, и, вероятно, стандартные классы исключений имеют не все, что вам нужно. По-видимому, вам потребуется иметь исключения, более ориентированные на конкретные приложения, например database_error, network_error, painting_error и т.п. Мы обсудим это позже. А до этого давайте рассмотрим, как работают стандартные исключения.
Поскольку стандартная библиотека использует стандартные классы исключений (допустим это), можно ожидать, что классы из стандартной библиотеки будут их выбрасывать при возникновении проблемной ситуации, например при попытке использовать индекс, выходящий за пределы диапазона вектора vector.
std::vector<int> v;
int i = -1;
// заполнить вектор v...
try {
i = v.at(v.size()); // Выход на один элемент за конец вектора
} catch (std::out_of_range& е) {
std::cerr << "Whoa, exception thrown: " << e.what() << 'n';
}
vector<>::at выбросит исключение out_of_range, если вы используете индекс, значение которого меньше или больше, чем size() - 1. Поскольку вам это известно, вы можете написать обработчик, специально предназначенный для этой исключительной ситуации. Если вам не требуется обрабатывать отдельно конкретный тип исключения, а вместо этого вы предпочли бы одинаково обрабатывать все исключения, вы можете перехватить базовый класс всех исключений.
catch(std::exception& е) {
std::cerr << "Nonspecific exception: " << e.what() << 'n';
}
В результате будет перехватываться любой класс, производный от exception, what — это виртуальная функция-член, которая выдает строку сообщения, зависящую от реализации.
Я почти вернулся в исходную точку. Цель примера 9.1, который сопровождается продолжительным обсуждением, — иллюстрация достоинств класса исключения. Две вещи делают класс исключения полезным: иерархия, отражающая природу исключения, и сообщение, выдаваемое при перехвате исключения и предназначенное для пользователей программы. Иерархия классов исключений позволит разработчикам, использующим вашу библиотеку, создавать безопасный программный код и легко его отлаживать, а текст сообщения позволит тем же самым разработчикам предоставлять конечным пользователям приложения осмысленное сообщение об ошибке.
Исключения представляют собой сложную тему, и безопасная и эффективная обработка исключительных ситуаций является одной из самых трудных задач в проектировании программного обеспечения в целом и на языке C++ в частности. Каким должен быть конструктор, который не приведет к утечке памяти, если исключение выбрасывается в его теле или в списке инициализации? Что такое безопасное исключение? Я отвечу на эти и другие вопросы в последующих рецептах.
9.2. Создание безопасного при исключениях конструктора
Проблема
Ваш конструктор должен обеспечить базовые и строгие гарантии безопасности исключений. См. обсуждение, которое следует за определением «базовых» и «строгих» гарантий.
Решение
Используйте в конструкторе блоки try и catch, чтобы правильно завершить действия по очистке объекта, если в ходе конструирования выбрасывается исключение. В примере 9.2 приводятся простые классы Device и Broker. Broker создает два объекта Device в динамической памяти (heap), но он должен правильно очистить память от этих объектов, если при конструировании выбрасывается исключение.
Пример 9.2. Безопасный при исключениях конструктор
