Výnimky - Exceptions II
Tomáš Plch / 23. 07. 2009, 08:39
Výnimky v C++ (Exceptions) - hlbší pohľad do problematiky výnimiek ako aj ich použitia. Vysvetlenie základných pojmov a ich použitie v praxi. Povieme si aj o jednoduchých trikoch a zásadách pri narábaní s výnimkami.
V predchádzajúcom dieli sme si povedali niečo o základoch spracovania výnimiek (exception handling). Na úvod si zopakujeme pojmy, ktoré sme sa dozvedeli v predchádzajúcom článku.
Výnimka (exception) - vzniká pri špecifickej udalosti - volanie príkazu throw. Výnimka môže byť ľubovolného typu. V prípade, že nieje spracovaná v catch bloku, ukončí program s chybovou hláškou (ak sa vypropaguje až do main()).
try-catch - blok try "sleduje" vykonávaný kód a v prípade vzniku výnimky a vypropagovania až do try bloku sa hľadá spracovanie v pripojených catch blokoch. V prípade, že žiaden catch blok sa neasocioval s danou výnimkou, je výnimka propagovaná do volajúceho bloku (smerom nahor vo volaniach, nadol v stacku volaní)
throw - zariadi vznik výnimky a iniciuje jej propagovanie po blokoch kódu programu. V každom bloku programu sú správne zrušené lokálne premenné (stack-unwinding). Použitie v bloku catch vynúti propagovať výnimku o ďalší blok smerom nahor, akoby nebola zachytená blokom catch
V tomto dieli si povieme niečo o vzniku výnimiek a ich propagácii (volanie konštruktorov a deštruktorov) a o chovaní sa pri špecifických použitiach klauzule catch. Rovnako si povieme o úskaliach vyvolávania výnimiek. Povieme si niečo o tom, ako špecifikovať zoznam propagovaných výnimiek z funkcií.
Už v predchádzajúcom dieli sme si povedali niečo o tom ako vznikajú výnimky pri volaní throw. Prakticky pri tomto volaní vzniká výnimka "bokom". Ak sa jedná o objekt, je zavolaný patričný konštruktor. Pri volaní throw je možné daný konštruktor špecifikovať. V prípade, že je poskytnutá inštancia, je zavolaný patričný kopírovací konštruktor. Pri propagácii sa nevykonáva iný kód, len dochádza k stack-unwinding, kedy lokálne a pomocné premenné sú deštruované, prípadne zanikajú.
V prípade, že sa narazí na blok try hľadá sa blok catch, ktorý by sa dal s vzniknutou výnimkou asociovať. V prípade, že nieje nájdený, proces propagácie pokračuje. V catch bloku môže byť vyvolaná nová výnimka a stará zaniká, pričom proces pokračuje s novou výnimkou alebo proces pokračuje s tou istou výnimkou volaním throw bez špecifikovania výnimky. V prípade, že je catch blok opustený, proces sa končí a výnimka zaniká.
Proces spracovania výnimiek (hlavne vyhľadávanie asociovaných catch blokov) je veľmi náročný a pomalý. Ak je uvedených viacero rovnako asociovaných catch blokov, berie sa ten, ktorý je "skôr" (v kóde).
Existuje tzv. univerzálny catch ktorý zachytí ľubovolnú výnimku. Musí byť umiestnený ako posledný catch blok. Vyzerá nasledovne catch(...). Mechanizmus asociácie výnimiek rešpektuje dedičnosť. Samotná hodnota nemusí byť využívaná, dokonca nemusí byť ani uvedená.
Vysvetlíme si to na príkladoch:
catch( xxx ) zachytí výnimku typu xxx ale v bloku catch nemáme ako k tej hodnote pristupovať (neexistuje symbol pre túto hodnotu v danom bloku)
catch( xxx P ) - premmná reprezentovaná symbolom P (meno premennej) bude vytvorená pomocou kopírovacieho konštruktoru triedy typu xxx a pôvodná výnimka je ponechaná nezmenená (pri opakovanom použití throw je vyhodená pôvodná výnimka)
catch( xxx & P ) - premenná reprezentovaná symbolom P (meno premennej) je referencia na triedu typu xxx ktorá odkazuje na pôvodnú výnimku. Nedochádza k kopírovaniu pôvodnej výnimky a teda k zbytočnému použitiu kopírovacieho konštruktora a teda sa šetrí čas.
Pri vytváraní catch blokov treba dávať pozor na dedičnosť, keďže správa výnimiek ju rešpektuje. Ilustruje to nasledujúci príklad:
class xxx {};
class yyy:public xxx {};
void f()
{
throw( yyy() );
}
void g()
{
try{
f();
}
catch( xxx & x ) {}
catch( yyy & y ) {}
}
void h()
{
try{
f();
}
catch( yyy & y ) {}
catch( xxx & x ) {}
}
Medzi funkciami g() a h() je podstatný rozdiel. V prípade funkcie g() je výnimka typu yyy zachytená už prvým catch blokom, ktorý zachytáva typ xxx. Ale na zamýšľaný druhý blok sa nedostane. V prípade funkcie h() už je chovanie správne. Kompilátor g++ na túto skutočnosť upozorňuje pri kompilácii.
Štandardné výnimky sú potomkami triedy exception z hlavičkového súboru <stdexcept> a všetky majú funkciu what(), ktorá vyprodukuje reťazec s textovou nápovedou o akú výnimku sa jedná.
Sú tam výnimky ako bad_alloc, logic_error, ale pozor delenia nulou, chyby v pointrovej aritmetike (prístup na neplatnú adresu) nevyvolávajú výnimku, ale rovno pád programu (sú to výnimky trochu iného druhu :-) ).
V nasledujúcom príklade budeme ilustrovať ako záľudné vedia byť výnimky. Treba spomenúť, že operátor new môže vyvolať výnimku. Existuje i varianta nothrow, ktorá výnimku v prípade nedostatku pamäte nevyvolá, ale to teraz nieje predmet príkladu.
void f()
{
int * a = new int[ 100]; //1
int * b = new int[ 200]; //2
g( a, b); //3
delete[] b; //4
delete[] a; //5
}
Skúste zistiť kde sa nachádzajú miesta, kde vyvolanie výnimky spôsobí zanechanie nedostupných alokovaných blokov.
1.miesto - riadok 2 vyvolá výnimku bad_alloc a blok vytvorený v riadku 1 zostane neodalokovaný a to je dosť pekný kúsok pamäte.
2.miesto - funkcia g() vyvolá výnimku a zostanú oba bloky nedostupé. A to je ešte viac pamäte ako v prvom prípade.
Teraz si predstavíme niektoré zo základných štandardných výnimiek.
bad_alloc - vyvoláva operátor new v prípade, že počas alokácie došlo k chybe (nedostatok pamäte). V prípade, že je program kompilovaný v móde bez výnimiek, vráti v takomto prípade operátor new NULL pointer.
bad_cast, bad_typeid - vyvoláva sa pri chybnom použití RTTI (runtime identifikácia typu)
logic_error - indikuje logickú chybu počas behu programu. Trieda je základom pre odvodenie iných tried. Je vyvolávaná napríklad funkciou operator[] STL triedy std::vector
domain_error, invalid_argument, length_error, out_of_range - odvodené z triedy logic_error
range_error, overflow_error, underflow_error - odvodené od triedy runtime_error
Na záver článku si povieme ako kompilátory automaticky ošetrujú vznik výnimiek v niektorých prípadoch. U dynamickej alokácie polí, ak dôjde k vzniku výnimky pri konštrukcii niektorého prvku, všetky úspešné konštruované prvky sú deštruované a potom sa pokračuje v ošetrovaní výnimky.
Výnimka vznikne v konštruktore súčasti triedy, či už člena alebo predka, sú ostatné už skonštruované súčasti deštruované. Vo vnútri konštruktora sa dá výnimka zachytiť špeciálnym použitím try-catch.
X::X( /* parametry */)
try : Y( /* parametry */)
{ /* telo konštruktoru */
} catch ( /* parametr catch-bloku */ ) {
/* ošetrenie výnimky v konštruktore Y a vo vlastnom tele */
}
To je zatiaľ všetko, tešte sa na ďalšie časti. V nich si predstavíme funkcie terminate() a unexpected(). Povieme si niečo o exception-safe programovaní. A preberieme a čiastočne vysvetlíme aj niečo o pravidlách vynútených jazykom (C++), napr. ktoré kombinácie musíme a nemôžeme realizovať.