C++ - Підручник 011. Винятки

C++, throw, catch, exception

Що таке виняток? Це ситуація, яка не передбачена стандартною поведінкою програми. Наприклад, спроба доступу до елемента у класі Vector (який ми розбирали у статті про класи ), який не існує. Тобто відбувається вихід межі вектора. У цьому випадку можна скористатися винятками, щоб перервати виконання програми. Це необхідно тому, що

• Як правило в таких випадках, автор класу Vector не знає, як користувач захоче використовувати його клас, а також не знає, в якій програмі цей клас буде використовуватись.
• Користувач класу Vector не може завжди контролювати правильність роботи цього класу, тому йому потрібно повідомити, що щось пішло не так.

Для вирішення таких ситуацій у C++ можна використовувати техніку винятків.

Розглянемо, як написати виклик виключення у разі спроби доступу до елемента за індексом, який немає у класі Vector.

double& Vector::operator[](int i)
{
    if (i<0 || size()<=i) throw out_of_range{"Vector::operator[]"};
    return elem[i];
}

Тут застосовується виняток out_of_range. Цей виняток визначено у заголовному файлі .

Оператор throw передає контроль обробнику для винятків типу out_of_range у деякій функції, яка прямо чи опосередковано викликає Vector::operator . Для того, щоб обробити винятки, необхідно скористатися блоком операторів try catch.

void f(Vector& v)
{
    // ...
    try { // блок обработки функции с исключением
        v[v.size()] = 7; // попытка доступа к элементу за пределами вектора
    }
    catch (out_of_range) { // ловим ошибку out_of_range 
        // ... обработки ошибки out_of_range ...
    }
    // ...
}

Незмінний

Також блоки try catch дозволяють проводити обробку декількох різних винятків, що вносить інваріантність в роботу механізму винятків C++.

Наприклад, клас вектор при створенні може отримати неправильний розмір вектора або знайти вільну пам'ять для елементів, які він міститиме.

Vector::Vector(int s)
{
    if (s < 0) throw length_error{};
    elem = new double[s];
    sz = s;
}

Цей конструктор може викинути виняток у двох випадках:

• Якщо як аргумент size буде передано негативне значення
• Якщо оператор new не зможе виділити пам'ять

length_error - це стандартний оператор винятків, оскільки бібліотека std часто використовує дані винятки у своїй роботі.

Обробка винятків буде виглядати так:

void test()
{
    try {
        Vector v(−27);
    }
    catch (std::length_error) {
        // обработка отрицательного размера вектора
    }
    catch (std::bad_alloc) {
        // обработка ошибки выделения памяти
    }
}

Також можна виділити власні винятки.

Види винятків

Усі винятки стандартної бібліотеки успадковуються від std::exception.

На даний момент існують такі види винятків:

• логічна_помилка
• недійсний_аргумент
• помилка домену
• довжина_помилка
• поза_діапазоном
• future_error (C++11)
• Помилка виконання
• помилка_діапазону
• помилка переповнення
• underflow_error
• системна_помилка (C++11)
• ios_base::failure (починаючи з C++11)
• bad_typeid
• bad_cast
• bad_weak_ptr (C++11)
• поганий_виклик_функції (C++11)
• bad_alloc
• bad_array_new_length (C++11)
• bad_exception
• ios_base::failure (до C++11)

std::logic_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Визначає тип об'єкта, який буде кинутий як виняток. Він повідомляє про помилки, які є наслідком неправильної логіки в рамках програми, такі як порушення логічної передумови або клас інваріантів, яких можна запобігти.

Цей клас використовується як основа для помилок, які можна визначити лише під час виконання програми.

std::invalid_argument

Виняток визначено у заголовному файлі

Спадкоємий від std::logic_error. Визначає виняток, який має бути кинуто у разі неправильного аргументу.

Наприклад, на MSDN наведено приклад, коли в об'єкт класу bitset зі стандартної бібліотеки

// invalid_arg.cpp  
// compile with: /EHsc /GR  
#include <bitset>  
#include <iostream>  
 
using namespace std;  
 
int main( )  
{  
   try   
   {  
      bitset< 32 > bitset( string( "11001010101100001b100101010110000") );  
   }  
   catch ( exception &e )   
   {  
      cerr << "Caught " << e.what( ) << endl;  
      cerr << "Type " << typeid( e ).name( ) << endl;  
   };  
}  
\* Output:   
Caught invalid bitset<N> char  
Type class std::invalid_argument  
*\ 

У цьому прикладі передається неправильний рядок, усередині якого є символ 'b', який буде помилковим.

std::domain_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Спадкоємий від std::logic_error. Визначає виняток, який має бути кинуто, якщо математична функція не визначена для того аргументу, який їй передається, наприклад:

std::sqrt(-1)

std::length_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Спадкоємий від std::logic_error. Визначає виняток, який має бути броше у тому випадку, коли здійснюється спроба реалізації перевищення допустимих меж для об'єкта. Як було показано для розміру вектора на початку статті.

std::out_of_range

Виняток визначено у заголовному файлі

Спадкоємий від std::logic_error. Визначає виняток, який має бути кинуто у разі, коли відбувається вихід межі допустимого діапазону значень об'єкта. Як це було показано для діапазону значень вітру на початку статті.

std::future_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Спадкоємий від std::logic_error. Цей виняток може бути викинутий у тому випадку, якщо не вдалося виконати функцію, яка працює в асинхронному режимі та залежить від бібліотеки потоків. Це виняток несе код помилки, сумісний з std::error_code .

std::runtime_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Є базовим винятком для винятків, які можуть бути легко передбачені і мають бути кинуті під час виконання програми.

std::range_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Виняток використовується при помилках при обчисленні значень з плаваючою комою, коли комп'ютер не може обробити значення, оскільки воно або занадто великим, або занадто маленьким. Якщо значення є значенням інтегрального типу, то повинні використовуватися винятки underflow_error або overflow_error .

std::overflow_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Виняток використовується при помилках при обчисленні значень з плаваючою комою інтегрального типу, коли число має дуже велике позитивне значення, позитивну нескінченність, коли відбувається втрата точності, тобто. результат настільки великий, що може бути представлений числом форматі IEEE754.

std::underflow_error

Виняток визначено у заголовному файлі

Виняток використовується при помилках при обчисленні значень з плаваючою комою інтегрального типу, коли відбувається втрата точності, тобто. результат настільки малий, що може бути представлений числом форматі IEEE754.

std::system_error

Виняток визначено у заголовному файлі

std::system_error - це тип виключення, який викликається різними функціями стандартної бібліотеки (як правило, функції, які взаємодіють з операційною системою, наприклад, конструктор std::thread ), при цьому виняток має відповідний * std::error_code * .

std::ios_base::failure

Виняток визначено у заголовному файлі

Відповідає за винятки, які викидаються при помилках функцій виводу.

std::bad_typeid

Виняток визначено у заголовному файлі

Виняток цього виникає, коли оператор typeid застосовується до нульовому покажчику поліморфного типу.

#include <iostream>
#include <typeinfo>
 
struct S { // Тип должен быть полиморфным
    virtual void f();
}; 
 
int main()
{
    S* p = nullptr;
    try {
        std::cout << typeid(*p).name() << '\n';
    } catch(const std::bad_typeid& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_cast

Виняток визначено у заголовному файлі

Даний виняток виникає у тому випадку, коли робиться спроба каста об'єкта в той тип об'єкта, який не входить із ним відношення спадкування.

#include <iostream>
#include <typeinfo>
 
struct Foo { virtual ~Foo() {} };
struct Bar { virtual ~Bar() {} };
 
int main()
{
    Bar b;
    try {
        Foo& f = dynamic_cast<Foo&>(b);
    } catch(const std::bad_cast& e)
    {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_weak_ptr

Виняток визначено у заголовному файлі

std::bad_weak_ptr – тип об'єкта, що генерується як виняток конструкторами std::shared_ptr , які приймають std::weak_ptr як аргумент, коли std::weak_ptr посилається вже віддалений об'єкт.

#include <memory>
#include <iostream>
int main()
{
    std::shared_ptr<int> p1(new int(42));
    std::weak_ptr<int> wp(p1);
    p1.reset();
    try {
        std::shared_ptr<int> p2(wp);
    } catch(const std::bad_weak_ptr& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_function_call

Виняток визначено у заголовному файлі

Даний виняток генерується в тому випадку, якщо був викликаний метод std::function::operator() об'єкта std::function , який не отримав об'єкта функції, тобто йому був переданий як ініціалізатор nullptr, наприклад, а об'єкт функції так і не було передано.

#include <iostream>
#include <functional>
 
int main()
{
    std::function<int()> f = nullptr;
    try {
        f();
    } catch(const std::bad_function_call& e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_alloc

Виняток визначено у заголовному файлі

Викликається у разі, коли вдається виділити пам'ять.

std::bad_array_new_length

Виняток визначено у заголовному файлі

Виняток викликається у таких випадках:

1. Масив має негативний розмір
2. Загальний розмір нового масиву перевищив максимальне значення, що визначається реалізацією
3. Кількість елементів ініціалізації перевищує пропоновану кількість елементів, що ініціалізують

#include <iostream>
#include <new>
#include <climits>
 
int main()
{
    int negative = -1;
    int small = 1;
    int large = INT_MAX;
    try {
        new int[negative];           // negative size
        new int[small]{1,2,3};       // too many initializers
        new int[large][1000000];     // too large
    } catch(const std::bad_array_new_length &e) {
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
}

std::bad_exception

Виняток визначено у заголовному файлі

std::bad_exception - це тип винятку в C++, який виконується у таких ситуаціях:

1. Якщо порушується динамічна специфікація винятків
2. Якщо std::exception_ptr зберігає копію спійманого виключення, і якщо конструктор копіювання об'єкта виключення упіймав current_exception, тоді генерується виняток захоплених винятків.

#include <iostream>
#include <exception>
#include <stdexcept>
 
void my_unexp() { throw; }
 
void test() throw(std::bad_exception)
{
    throw std::runtime_error("test");
}
 
int main()
{
    std::set_unexpected(my_unexp);
    try {
         test();
    } catch(const std::bad_exception& e)
    {
        std::cerr << "Caught " << e.what() << '\n';
    }
}