Обработка ошибок

Исключительные ситуации

В языке Си++ реализован специальный механизм для сообщения об ошибках – механизм исключительных ситуаций. Название, конечно же, наводит на мысль, что данный механизм предназначен, прежде всего, для оповещения об исключительных ситуациях, о которых мы говорили чуть ранее. Однако механизм исключительных ситуаций может применяться и для обработки плановых ошибок.

Исключительная ситуация возникает при выполнении оператора throw. В качестве аргумента throw задается любое значение. Это может быть значение одного из встроенных типов (число, строка символов и т.п.) или объект любого определенного в программе класса.

При возникновении исключительной ситуации выполнение текущей функции или метода немедленно прекращается, созданные к этому моменту автоматические переменные уничтожаются, и управление передается в точку, откуда была вызвана текущая функция или метод. В точке возврата создается та же самая исключительная ситуация, прекращается выполнение текущей функции или метода, уничтожаются автоматические переменные, и управление передается в точку, откуда была вызвана эта функция или метод. Происходит своего рода откат всех вызовов до тех пор, пока не завершится функция main и, соответственно, вся программа.

Предположим, из main была вызвана функция foo, которая вызвала метод Open, а он в свою очередь возбудил исключительную ситуацию:

class Database
{
public :
    void Open(const char*serverName);
};
void
Database::Open(const char*serverName)
{
    if (connect(serverName)==false )
        throw 2;
}
foo()
{
    Database database;
    database.Open("db-server");
    String y;
    ...
}
int main()
{
    String x;
    foo();
    return 1;
}

В этом случае управление вернется в функцию foo, будет вызван деструктор объекта database, управление вернется в main, где будет вызван деструктор объекта x, и выполнение программы завершится. Таким образом, исключительные ситуации позволяют аварийно завершать программы с некоторыми возможностями очистки переменных.

В таком виде оператор throw используется для действительно исключительных ситуаций, которые практически никак не обрабатываются. Гораздо чаще даже исключительные ситуации требуется обрабатывать.

Обработка исключительных ситуаций

В программе можно объявить блок, в котором мы будем отслеживать исключительные ситуации с помощью операторов try и catch:

try {
	...
}catch (тип_исключительной_операции){
	...
}

Если внутри блока try возникла исключительная ситуация, то она первым делом передается в оператор catch. Тип исключительной ситуации – это тип аргумента throw. Если тип исключительной ситуации совместим с типом аргумента catch, выполняется блок catch. Тип аргумента catch совместим, если он либо совпадает с типом ситуации, либо является одним из ее базовых типов. Если тип несовместим, то происходит описанный выше откат вызовов, до тех пор, пока либо не завершится программа, либо не встретится блок catch с подходящим типом аргумента.

В блоке catch происходит обработка исключительной ситуации.

foo()
{
  Database database;
  int attempCount =0;
again:
  try {
    database.Open("dbserver");
  } catch (int x){
    cerr <<"Ошибка соединения номер "
                                 <<x <<endl;
    if (++attemptCount <5)
      goto again;
    throw ;
  }
  String y;
  ...
}

Ссылка на аргумент throw передается в блок catch. Этот блок гасит исключительную ситуацию. Во время обработки в блоке catch можно создать либо ту же самую исключительную ситуацию с помощью оператора throw без аргументов, либо другую, или же не создавать никакой. В последнем случае исключительная ситуация считается погашенной, и выполнение программы продолжается после блока catch.

С одним блоком try может быть связано несколько блоков catch с разными аргументами. В этом случае исключительная ситуация последовательно "примеряется" к каждому catch до тех пор, пока аргумент не окажется совместимым. Этот блок и выполняется. Специальный вид catch

catch (...)

совместим с любым типом исключительной ситуации. Правда, в него нельзя передать аргумент.

Примеры обработки исключительных ситуаций

Механизм исключительных ситуаций предоставляет гибкие возможности для обработки ошибок, однако им надо уметь правильно пользоваться. В этом параграфе мы рассмотрим некоторые приемы обработки исключительных ситуаций.

Прежде всего, имеет смысл определить для них специальный класс. Простейшим вариантом является класс, который может хранить код ошибки:

class Exception
{
public :
  enum ErrorCode {
    NO_MEMORY,
    DATABASE_ERROR,
    INTERNAL_ERROR,
    ILLEGAL_VALUE
  };
  Exception(ErrorCode errorKind,
    const String errMessage);
  ErrorCode GetErrorKind(void )const 
            {return kind;};
  const String GetErrorMessage(void )const
    {return msg;};
private :
  ErrorCode kind;
  String msg;
};

Создание исключительной ситуации будет выглядеть следующим образом:

if (connect(serverName)==false )
  throw Exception(Exception::DATABASE_ERROR,
                  serverName);

А проверка на исключительную ситуацию так:

try {
	...
}catch (Exception e){
  cerr <<"Произошла ошибка "<<e.GetErrorKind()
    <<"Дополнительная информация:"
    <<e.GetErrorMessage();
}

Преимущества класса перед просто целым числом состоят, во-первых, в том, что передается дополнительная информация и, во-вторых, в операторах catch можно реагировать только на ошибки определенного вида. Если была создана исключительная ситуация другого типа, например

throw AnotherException;

то блок catch будет пропущен: он ожидает только исключительных ситуаций типа Exception. Это особенно существенно при сопряжении нескольких различных программ и библиотек – каждый набор классов отвечает только за собственные ошибки.

В данном случае код ошибки записывается в объекте типа Exception. Если в одном блоке catch ожидается несколько разных исключительных ситуаций, и для них необходима разная обработка, то в программе придется анализировать код ошибки с помощью операторов if или switch.

try {
  ...
}catch (Exceptione){
  cerr <<"Произошла ошибка "<<e.GetErrorKind()
    <<"Дополнительная информация:"
    <<e.GetErrorMessage();
  if (e.GetErrorKind()==Exception::NO_MEMORY ||
      e.GetErrorKind()==
	    Exception::INTERNAL_ERROR)
    throw ;
  else if (e.GetErrorKind()==
             Exception::DATABASE_ERROR)
    return TRY_AGAIN;
  else if (e.GetErrorKind()==
             Exception::ILLEGAL_VALUE)
    return NEXT_VALUE;
}

Другим методом разделения различных исключительных ситуаций является создание иерархии классов – по классу на каждый тип исключительной ситуации.

(рис 16.1) Пример иерархии классов для представления исключительных ситуаций.

В приведенной на рисунке 16.1 структуре классов все исключительные ситуации делятся на ситуации, связанные с работой базы данных (класс DatabaseException ), и внутренние ошибки программы (класс InternalException). В свою очередь, ошибки базы данных бывают двух типов: ошибки соединения (представленные классом ConnectDbException) и ошибки чтения (ReadDbException). Внутренние исключительные ситуации разделены на нехватку памяти (NoMemoryException) и недопустимые значения (IllegalValException).

Теперь блок catch может быть записан в следующем виде:

try {
}catch (ConnectDbExceptione ){
  //обработка ошибки соединения с базой данных
}catch (ReadDbExceptione){
  //обработка ошибок чтения из базы данных
}catch (DatabaseExceptione){
  //обработка других ошибок базы данных
}catch (NoMemoryExceptione){
  //обработка нехватки памяти
}catch (…){
  //обработка всех остальных исключительных 
  //ситуаций
}

Напомним, что когда при проверке исключительной ситуации на соответствие аргументу оператора catch проверка идет последовательно до тех пор, пока не найдется подходящий тип. Поэтому, например, нельзя ставить catch для класса DatabaseException впереди catch для класса ConnectDbException – исключительная ситуация типа ConnectDbException совместима с классом DatabaseException (это ее базовый класс), и она будет обработана в catch для DatabaseException и не дойдет до блока с ConnectDbException.

Построение системы классов для разных исключительных ситуаций на стадии описания ошибок – процесс более трудоемкий, приходится создавать новый класс для каждого типа исключительной ситуации. Однако с точки зрения обработки он более гибкий и позволяет писать более простые программы.

Чтобы облегчить обработку ошибок и сделать запись о них более наглядной, описания методов и функций можно дополнить информацией, какого типа исключительные ситуации они могут создавать:

class Database
{
public :
  Open(const char*serverName) 
  throw ConnectDbException;
};

Такое описание говорит о том, что метод Open класса Database может создать исключительную ситуацию типа ConnectDbException. Соответственно, при использовании этого метода желательно предусмотреть обработку возможной исключительной ситуации.

В заключение приведем несколько рекомендаций по использованию исключительных ситуаций.

Если исключительная ситуация возникла в конструкторе объекта, считается, что объект сформирован не полностью, и деструктор для него вызван не будет.