Язык программирования C Пятое издание
 Скачать 1.85 Mb.
|
|
Упражнение 18.1. Каков тип объекта исключения в следующих операторах throw? Page 967/1103 (a) range_error r("error"); (b) exception *p = &r; throw r; throw *p; Что было бы, будь оператор throw в случае (b) написан как throw p? Упражнение 18.2. Объясните, что случится, если исключение произойдет в указанном месте: void exercise(int *b, int *e) { vector<int> v(b, e); int *p = new int[v.size()]; ifstream in("ints"); // исключение происходит здесь } Упражнение 18.3. Существуют два способа исправить предыдущий код. Опишите и реализуйте их. 18.1.2. Обработка исключения Объявление исключения (exception declaration) в директиве catch (catch clause) выглядит как список параметров функции, только с одним параметром. Как и в списке параметров, имя параметра обработчика можно пропустить, если у блока catch нет необходимости в доступе к переданному исключению. Тип объявления определяет виды исключений, обрабатываемых обработчиком. Тип должен быть завершенным (см. раздел 7.3.3). Тип может быть ссылкой на l-значение, но не ссылкой на r-значение (см. раздел 13.6.1). При входе в блок catch параметр в объявлении исключения инициализируется объектом исключения. Подобно параметру функции, если тип параметра обработчика не является ссылочным, параметр обработчика копирует объект исключения; изменения, внесенные в параметр в обработчике, осуществляются с его локальной копией, а не с самим объектом исключения. Если параметр имеет ссылочный тип, то, как любой ссылочный параметр, параметр обработчика будет только другим именем объекта исключения. Изменения, внесенные в ссылочный параметр, осуществляются с самим объектом исключения. Подобно объявлению параметра функции, параметр обработчика, имеющий тип базового класса, может быть инициализирован объектом исключения типа производного класса. Если у параметра обработчика будет не ссылочный тип, то объект исключения будет отсечен (см. раздел 15.2.3), как и при передаче такого объекта обычной функции по значению. С другой стороны, если параметр является ссылкой на тип базового класса, то параметр будет связан с объектом исключения обычным способом. Также, подобно параметрам функции, статический тип объявления исключения определяет действия, которые может выполнить обработчик. Если у параметра обработчика будет тип Page 968/1103 базового класса, то обработчик не сможет использовать члены, определенные в производном классе. Обычно обработчики, получающие исключения типа, связанного наследственными отношениями, определяют свой параметр как ссылку. Поиск соответствующего обработчика Блок catch, найденный в ходе поиска соответствующего обработчика, не обязательно является наиболее подходящим данному исключению. В результате исключение будет обработано первым найденным блоком catch, который сможет это сделать. Как следствие, в списке директив catch наиболее специализированные обработчики следует располагать в начале. Поскольку поиск директивы catch осуществляется в порядке их объявления, при использовании исключений из иерархии наследования блоки catch для обработки исключений производного типа следует располагать перед обработчиком для исключения базового типа. Правила поиска соответствующего исключению блока catch значительно жестче, чем правила поиска аргументов, соответствующих типам параметров. Большинство преобразований здесь недопустимо — тип исключения должен точно соответствовать обработчику, допустимо лишь несколько различий. • Допустимо преобразование из неконстантного типа в константный, т.е. переданный неконстантный объект исключения может быть обработан блоком catch, ожидающим ссылку на константный. • Допустимо преобразование из производного типа в базовый. • Массив преобразуется в указатель на тип массива; функция преобразуется в соответствующий указатель на тип функции. Никакие другие преобразования при поиске соответствующего обработчика недопустимы. В частности, невозможны ни стандартные арифметические преобразования, ни преобразования, определенные для классов. В наборе директив catch с типами, связанными наследованием, обработчики для более производных типов следует располагать прежде наименее производных. Повторная передача исключения Вполне возможна ситуация, когда один блок кода catch (обработчик) не сможет полностью обработать исключение. После некоторых корректирующих действий обработчик может решать, что это исключение следует обработать в функции, которая расположена далее по цепи вызовов. Обработчик может передавать исключение другому, внешнему обработчику, который принадлежит функции, вызвавшей данную. Это называется повторной передачей исключения (rethrow). Повторную передачу осуществляет оператор throw, после которого нет ни имени типа, ни выражения. throw; Пустой оператор throw может присутствовать только в обработчике или в функции, вызов которой осуществляется из обработчика (прямо или косвенно). Если пустой оператор throw встретится вне обработчика, будет вызвана функция terminate(). Повторная передача не определяет нового исключения; по цепочке передается текущий объект исключения. Page 969/1103 Обычно обработчик вполне может изменить содержимое своего параметра. Если после изменения своего параметра обработчик повторно передаст исключение, то эти изменения будут переданы далее, только если параметр обработчика объявлен как ссылка: catch (my_error &eObj) { // спецификатор ссылочного типа eObj.status = errCodes::severeErr; // изменение объекта исключения throw; // переменная-член status объекта исключения имеет // значение severeErr } catch (other_error eObj) { // спецификатор нессылочного типа eObj.status = errCodes::badErr; // изменение только локальной копии throw; // значение переменной-члена status объекта исключения // при повторной передаче не изменилось } Обработчик для всех исключений Иногда необходимо обрабатывать все исключения, которые могут произойти, независимо от их типа. Обработка каждого возможного исключения может быть проблематична: иногда неизвестно, исключения каких типов могут быть переданы. Даже когда все возможные типы известны, предоставление отдельной директивы catch для каждого возможного исключения может оказаться весьма утомительным. Для обработки всех исключений в объявлении исключения используется многоточие. Такие обработчики, называемые обработчиками для всех исключений (catch-all), имеют форму catch(...). Такая директива соответствует исключениям любого типа. Обработчик catch(...) зачастую используется в комбинации с выражением повторной передачи. Обработчик осуществляет все локальные действия, а затем повторно передает исключение: void manip() { try { // действия, приводящие к передаче исключения Page 970/1103 } catch (...) { // действия по частичной обработке исключения throw; } Директива catch(...) применяется самостоятельно или в составе нескольких директив catch. Если директива catch(...) используется в комбинации с другими, она должна располагаться последней. Любой обработчик, следующий за обработчиком для всех исключений, никогда не будет выполнен. Упражнения раздела 18.1.2 Упражнение 18.4. Заглянув вперед в иерархию наследования на рис. 18.1, объясните, что неправильно в следующем блоке try. Исправьте его: try { // использовать стандартную библиотеку С++ } catch(exception) { // ... } catch(const runtime_error &re) { // ... } catch(overflow_error eobj) { /* ... */ } Упражнение 18.5. Измените следующую функцию main() так, чтобы обрабатывались исключения любых типов, представленных на рис. 18.1: int main() { // использовать стандартную библиотеку С++ } Обработчики должны выводить сообщения об ошибках, связанных с исключением, прежде, чем вызывать функцию abort() (определенную в заголовке cstdlib) для завершения функции main(). Упражнение 18.6. С учетом следующих типов исключений и директивы catch напишите выражение throw, создающее объект исключения, который может быть обработан каждым блоком catch: (a) class exceptionType { }; catch (exceptionType *pet) { } (b) catch (...) { } (c) typedef int EXCPTYPE; catch (EXCPTYPE) { } Page 971/1103 18.1.3. Блок try функции и конструкторы В принципе исключения могут произойти в любой точке программы. В частности, исключение может произойти в процессе инициализации в конструкторе. Инициализация в конструкторе выполняется прежде, чем его тело. Блок catch в теле конструктора не может обработать исключение, которое было передано при инициализации, поскольку блок try в теле конструктора еще не был задействован в момент передачи исключения. Для обработки исключения, переданного при инициализации, конструктор следует оформить как блок try функции (function try block). Блок try функции позволяет ассоциировать группу директив catch с фазой инициализации конструктора (или фазой удаления деструктора), а равно с телом конструктора (или деструктора). В качестве примера заключим конструктор Blob() (см. раздел 16.1.2) в блок try функции: template <typename Т> Blob<T>::Blob(std::initializer list<T> il) try : data(std::make_shared<std::vector<T>>(il)) { /* пустое тело */ } catch(const std::bad_alloc &e) { handle_out_of_memory(e); } Обратите внимание на ключевое слово try, предшествующее двоеточию, начинающему список инициализации конструктора, и фигурную скобку, формирующую (в данном случае пустое) тело конструктора. Обработчик, связанный с этим блоком try, применяется для обработки исключения, переданного либо из списка инициализации, либо из тела конструктора. Следует заметить, что исключение может произойти при инициализации параметров конструктора. Такие исключения не являются частью блока try функции. Блок try функции обрабатывает только те исключения, которые происходят, когда конструктор начнет выполняться. Как и при любом другом вызове функции, если исключение происходит во время инициализации параметра, оно является частью вызывающего выражения и обрабатывается в контексте вызывающей стороны. Единственный способ для конструктора обработать исключение из списка инициализации заключается в оформлении конструктора как блока try функции. Упражнения раздела 18.1.3 Упражнение 18.7. Определите классы Blob и BlobPtr из главы 16 так, чтобы для их конструкторов использовались блоки try функции. 18.1.4. Спецификатор исключения noexcept И для пользователей, и для компилятора может быть полезно знать, что функция не будет Page 972/1103 передавать исключения. Это упрощает написание кода, вызывающего эту функцию. Кроме того, если компилятор знает, что никаких исключений не будет, он может (иногда) оптимизировать код, что недоступно при возможности передачи. По новому стандарту функция может пообещать не передавать исключения при помощи спецификации noexcept. Ключевое слово noexcept после списка параметров функции означает, что функция не будет передавать исключений: void recoup (int) noexcept; // не будет передавать исключений void alloc(int); // может передавать исключения Эти объявления заявляют, что функция recoup() не будет передавать исключений, а функция alloc() могла бы. Считается, что к функции recoup() применена спецификация запрета передачи исключения (nonthrowing specification). Спецификатор noexcept должен присутствовать во всех объявлениях и в соответствующем определении функции или ни в одном из них. Спецификатор предшествует замыкающему типу (см. раздел 6.3.3). Спецификатор noexcept можно определить также в объявлении и определении указателя на функцию. Он неприменим к псевдониму типа или определению типа (typedef). В функции-члене спецификатор noexcept следует за квалификатором const или квалификатором ссылки, но предшествует квалификаторам final, override и = 0 у виртуальной функции. Нарушение спецификации исключения Важно понимать, что компилятор не проверяет спецификацию noexcept во время компиляции. Фактически компилятору не разрешено отклонять функцию со спецификатором noexcept просто потому, что она содержит оператор throw или вызывает функцию, которая может передавать исключение (однако хорошие компиляторы предупреждают о таких случаях): // эта функция компилируется, хоть она и нарушает свою спецификацию // исключения void f() noexcept // обещание не передавать исключений { throw exception(); // нарушает спецификацию исключения } В результате вполне вероятно, что функция, обещавшая не передавать исключений, фактически передаст его. Если такая функция передаст исключение, для соблюдения обещания во время выполнения вызывается функция terminate(). Результат прокрутки стека Page 973/1103 непредсказуем. Таким образом, спецификатор noexcept следует использовать в двух случаях: если есть уверенность, что функция не будет передавать исключений, или если совершенно неизвестно, как справиться с ошибкой. Спецификация запрета передачи исключения фактически обещает вызывающей стороне такой функции, что ей не придется иметь дела с исключениями. Функция либо не передаст исключения, либо вся программа закончит работу; в любом случае вызывающей стороне не нести ответственность за исключения. Во время компиляции компилятор может вообще не проверять спецификации исключения. Совместимость с прежней версией. Спецификации исключения У прежних версий языка С++ была более сложная схема спецификаций исключения, позволяющая определять типы исключений, которые могла бы передавать функция. Функция может определить ключевое слово throw, сопровождаемое заключенным в скобки списком типов, которые могла бы передать функция. Спецификатор throw располагается в том же месте, где и спецификатор noexcept в текущем языке. Этот подход никогда широко не использовался и не рекомендован в текущем стандарте. Хотя один случай использования более сложной старой схемы распространен довольно широко. Функция, обозначенная как throw(), обещает не передавать никаких исключений: void recoup(int) noexcept; // recoup() не передает ничего void recoup(int) throw(); // эквивалентное объявление Эти объявления функции recoup() эквивалентны. Оба указывают, что функция recoup() не будет передавать исключений. Аргументы спецификации noexcept Спецификатор noexcept получает необязательный аргумент, тип которого должен быть преобразуем в тип bool: если аргументом будет true, то функция не будет передавать исключений; если false — то может: void recoup(int) noexcept(true); // не будет передавать исключений void alloc(int) noexcept(false); // может передавать исключения Оператор noexcept Аргументы спецификатора noexcept зачастую создаются с использованием оператора noexcept. Оператор noexcept — унарный, возвращающий константное логическое выражение r-значения, означающее способность данного выражения передавать исключения. Подобно оператору sizeof (см. раздел 4.9), оператор noexcept не вычисляет свой операнд. Например, следующее выражение возвращает значение true: noexcept(recoup(i)) // true, если вызов функции recoup() не может Page 974/1103 // передать исключение, и false в противном случае поскольку функция recoup() объявлена со спецификатором noexcept. В более общем виде выражение noexcept(е) возвращает значение true, если у всех вызванных е функций нет спецификаций передачи и сама е не содержит операторов throw. В противном случае выражение noexcept(е) возвращает значение false. Оператор noexcept можно использовать для формирования спецификатора исключения следующим образом: void f() noexcept(noexcept(g())); // f() имеет тот же спецификатор // исключения, что и g() Если функция g() обещает не передавать исключений, то f() также не будет. Если g() не имеет спецификатора исключения или имеет спецификатор, позволяющий передачу исключений, то функция f() также может передавать их. Ключевое слово noexcept имеет два значения: это спецификатор исключения, когда оно следует за списком параметров функции, и оператор, который зачастую используется как логический аргумент для спецификатора исключения noexcept. Спецификации исключения и указатели, виртуальные функции, функции управления копированием Хотя спецификатор noexcept не является частью типа функции, наличие у функции спецификатора исключения влияет на ее использование. Указатель на функцию и функция, на которую указывает этот указатель, должны иметь одинаковые спецификации. Таким образом, если объявлен указатель со спецификатором запрета передачи исключения, то использовать этот указатель можно только для указания на функции с подобным спецификатором. Указатель на функцию, способную передавать исключение, определенный явно или неявно, может указывать на любую функцию, даже если она обещает не передавать исключения: // recoup() и pf1() обещают не передавать исключений void (*pf1)(int) noexcept = recoup; // ok: recoup() не будет передавать исключений; и не имеет значения, // что pf2() может void (*pf2)(int) = recoup; pf1 = alloc; // ошибка: alloc() может передать исключение, но pf1() Page 975/1103 // обещала, что не будет pf2 = alloc; // ok: pf2() и alloc() могли бы передать исключение Если виртуальная функция обещает не передавать исключений, унаследованные виртуальные функции также должны обещать не передавать исключений. С другой стороны, если базовая функция позволяет передачу исключения, то производным функциям стоит быть ограниченным строже и обещать не передавать их: class Base { public: virtual double f1(double) noexcept; // не передает исключения virtual int f2() noexcept(false); // может передавать virtual void f3(); // может передавать }; class Derived : public Base { public: double f1(double); // ошибка: Base::f1() обещает не передавать int f2() noexcept (false); // ok: та же спецификация, как у Base::f2() void f3() noexcept; // ok: Derived:f3() ограничена строже }; Когда компилятор синтезирует функции-члены управления копированием, он создает для них спецификацию исключения. Если все соответствующие функции-члены всех базовых классов обещают не передавать исключений, то синтезируемые функции-члены также будут noexcept. Если какая-нибудь функция, вызванная синтезируемым членом, может передать исключение, то этот синтезируемый член помечается как noexcept(false). Кроме того, если разработчик не предоставил спецификацию исключения для деструктора, который он определяет, компилятор синтезирует ее сам. Компилятор создает ту же спецификацию, которую он создал бы, будь то синтезируемый деструктор для этого класса. Упражнения раздела 18.1.4 Упражнение 18.8. Пересмотрите написанные классы и добавьте соответствующие Page 976/1103 спецификации исключения к их конструкторам и деструкторам. Если вы полагаете, что некоторые из ваших деструкторов могли бы передавать исключения, изменить код так, чтобы это было невозможно. 18.1.5. Иерархии классов исключений Классы исключений (см. раздел 5.6.3) стандартной библиотеки формируют иерархию наследования (см. главу 15), представленную на рис. 18.1. Рис. 18.1. Иерархия классов исключений стандартной библиотеки Единственными функциями, определенными типом exception, являются конструктор копий, оператор присвоения копий, виртуальный деструктор и виртуальная функция-член what(). Она возвращает указатель типа const char* на символьный массив с нулевым символом в конце и, как гарантируется, не передает никаких исключений. Классы исключений exception, bad_cast и bad_alloc определяют также стандартный конструктор. Классы runtime_error и logic_error не имеют стандартного конструктора, но имеют конструкторы, получающие символьную строку в стиле С или аргумент библиотечного типа string. Эти аргументы предназначены для дополнительной информации об ошибке. Функция what() этих классов возвращает сообщение, использованное для инициализации объекта исключения. Поскольку функция what() виртуальная, при обработке ссылки на базовый тип вызов функции what() выполнит ту версию, которая соответствует динамическому типу объекта исключения. Классы исключения для приложения книжного магазина В приложениях иерархию исключений зачастую дополняют, определяя классы, производные от класса exception (или другого библиотечного класса, производного от него). Такие классы представляют исключения, специфические для данного приложения. Если бы предстояло создать реальное приложение книжного магазина, его классы были бы гораздо сложнее, чем в примерах этой книги. Одной из причин усложнения является обработка исключений. Фактически пришлось бы создать собственную иерархию исключений, отражающую вероятные проблемы, специфические для данного приложения. В этом проекте могли бы понадобиться следующие классы: // гипотетический класс исключения для приложения книжного магазина class out_of_stock: public std::runtime_error { public: explicit out_of_stock(const std::string &s): std::runtime_error(s) { } }; class isbn_mismatch: public std::logic_error { public: explicit isbn_mismatch(const std::string &s): Page 977/1103 std::logic_error(s) { } isbn_mismatch(const std::string &s, const std::string &lhs, const std::string &rhs): std::logic_error(s), left(lhs), right(rhs) { } const std::string left, right; }; Здесь специфические для приложения классы исключения определены как производные от стандартного класса исключения. Любую иерархию классов, включая иерархию исключений, можно рассматривать как слоистую структуру. По мере углубления иерархии каждый слой становится более специализированным. Например, первым и наиболее общим слоем иерархии является класс exception. При получении объекта этого типа будет известно только то, что в приложении произошла какая-то ошибка. Второй слой специализирует исключение на две обширные категории: ошибки времени выполнения и логические ошибки. Ошибки времени выполнения могут быть обнаружены только при запуске программы. Логические ошибки, в принципе, могут быть обнаружены в приложении. Классы исключений книжного магазина представляют даже более специализированный слой. Класс out_of_stock представляет проблему времени выполнения, специфическую для данного приложения. Он используется для оповещения о нарушении порядка выполнения. Класс исключения isbn_mismatch представляет собой более специализированную форму класса logic_error. В принципе программа может обнаружить несоответствие ISBN, вызвав функцию isbn(). Использование собственных типов исключений Собственные классы исключений применяются точно так же, как и классы стандартной библиотеки. Одна часть программы передает объект одного из этих классов, а другая получает и обрабатывает его, устраняя проблему. Например, для перегруженного оператора суммы класса Sales_item можно создать класс исключения isbn_mismatch, передаваемого в случае обнаружения ошибки несовпадения ISBN. // передает исключение, если isbn объектов не совпадают Sales_data& Sales_data::operator+=(const Sales_data& rhs) { if (isbn() != rhs.isbn()) throw isbn_mismatch("wrong isbns", isbn(), rhs.isbn()); units_sold += rhs.units_sold; revenue += rhs.revenue; return *this; } Обнаружив эту ошибку, использующий оператор += код сможет передать соответствующее Page 978/1103 сообщение об ошибке и продолжить работу. // применение исключения в приложении книжного магазина Sales_data item1, item2, sum; while (cin >> item1 >> item2) { // прочитать две транзакции try { sum = item1 + item2; // вычислить их сумму // использовать сумму } catch (const isbn_mismatch &e) { cerr << e.what() << ": left isbn(" << e.left << ") right isbn (" << e.right << ")" << endl; } } Упражнения раздела 18.1.5 Упражнение 18.9. Определите описанные в этом разделе классы исключений приложения книжного магазина и перепишите составной оператор присвоения класса Sales_data так, чтобы он передавал исключение. Упражнение 18.10. Напишите программу, использующую оператор суммы класса Sales_data для объектов с разными ISBN. Напишите две версии программы: способную обрабатывать исключении и не обрабатывающую их. Сравните поведение программ, чтобы ознакомиться с тем, что происходит при отсутствии обработки исключения. |