Иерархия классов исключений в стандартной библиотеке C++
В начале этого раздела мы определили иерархию классов исключений, с помощью которой наша программа сообщает об аномальных ситуациях. В стандартной библиотеке C++ есть аналогичная иерархия, предназначенная для извещения о проблемах при выполнении функций из самой стандартной библиотеки. Эти классы исключений вы можете использовать в своих программах непосредственно или создать производные от них классы для описания собственных специфических исключений.
Корневой класс исключения в стандартной иерархии называется exception. Он определен в стандартном заголовочном файле <exception> и является базовым для всех исключений, возбуждаемых функциями из стандартной библиотеки. Класс exception имеет следующий интерфейс:
namespace std {
class exception
public:
exception() throw();
exception( const exception & ) throw();
exception& operator=( const exception & ) throw();
virtual ~exception() throw();
virtual const char* what() const throw();
};
}
Как и всякий другой класс из стандартной библиотеки C++, exception помещен в пространство имен std, чтобы не засорять глобальное пространство имен программы.
Первые четыре функции-члена в определении класса – это конструктор по умолчанию, копирующий конструктор, копирующий оператор присваивания и деструктор. Поскольку все они открыты, любая программа может свободно создавать и копировать объекты-исключения, а также присваивать им значения. Деструктор объявлен виртуальным, чтобы сделать возможным дальнейшее наследование классу exception.
Самой интересной в этом списке является виртуальная функция what(), которая возвращает C-строку с текстовым описанием возбужденного исключения. Классы, производные от exception, могут заместить what() собственной версией, которая лучше характеризует объект-исключение.
Отметим, что все функции в определении класса exception имеют пустую спецификацию throw(), т.е. не возбуждают никаких исключений. Программа может манипулировать объектами-исключениями (к примеру, внутри catch-обработчиков типа exception), не опасаясь, что функции создания, копирования и уничтожения этих объектов возбудят исключения.
Помимо корневого exception, в стандартной библиотеке есть и другие классы, которые допустимо использовать в программе для извещения об ошибках, обычно подразделяемых на две больших категории: логические ошибки и ошибки времени выполнения.
Логические ошибки обусловлены нарушением внутренней логики программы, например логических предусловий или инвариантов класса. Предполагается, что их можно найти и предотвратить еще до начала выполнения программы. В стандартной библиотеке определены следующие такие ошибки:
namespace std {
class logic_error : public exception { // логическая ошибка
public:
explicit logic_error( const string &what_arg );
};
class invalid_argument : public logic_error { // неверный аргумент
public:
explicit invalid_argument( const string &what_arg );
};
class out_of_range : public logic_error { // вне диапазона
public:
explicit out_of_range( const string &what_arg );
};
class length_error : public logic_error { // неверная длина
public:
explicit length_error( const string &what_arg );
};
class domain_error : public logic_error { // вне допустимой области
public:
explicit domain_error( const string &what_arg );
};
}
Функция может возбудить исключение invalid_argument, если получит аргумент с некорректным значением; в конкретной ситуации, когда значение аргумента выходит за пределы допустимого диапазона, разрешается возбудить исключение out_of_range, а length_error используется для оповещения о попытке создать объект, длина которого превышает максимально возможную.
Ошибки времени выполнения, напротив, вызваны событием, с самой программой не связанным. Предполагается, что их нельзя обнаружить, пока программа не начала работать. В стандартной библиотеке определены следующие такие ошибки:
namespace std {
class runtime_error : public exception { // ошибка времени выполнения
public:
explicit runtime_error( const string &what_arg );
};
class range_error : public runtime_error { // ошибка диапазона
public:
explicit range_error( const string &what_arg );
};
class overflow_error : public runtime_error { // переполнение
public:
explicit overflow_error( const string &what_arg );
};
class underflow_error : public runtime_error { // потеря значимости
public:
explicit underflow_error( const string &what_arg );
};
}
Функция может возбудить исключение range_error, чтобы сообщить об ошибке во внутренних вычислениях. Исключение overflow_error говорит об ошибке арифметического переполнения, а underflow_error – о потере значимости.
Класс exception является базовым и для класса исключения bad_alloc, которое возбуждает оператор new(), когда ему не удается выделить запрошенный объем памяти (см. раздел 8.4), и для класса исключения bad_cast, возбуждаемого в ситуации, когда ссылочный вариант оператора dynamic_cast не может быть выполнен (см. раздел 19.1).
Переопределим оператор operator[] в шаблоне Array из раздела 16.12 так, чтобы он возбуждал исключение типа range_error, если индекс массива Array выходит за границы:
#include <stdexcept>
#include <string>
template <class elemType>
class Array {
public:
// ...
elemType& operator[]( int ix ) const
{
if ( ix < 0 || ix >= _size )
{
string eObj =
"ошибка: вне диапазона в Array<elemType>::operator[]()";
throw out_of_range( eObj );
}
return _ia[ix];
}
// ...
private:
int _size;
elemType *_ia;
};
Для использования предопределенных классов исключений в программу необходимо включить заголовочный файл <stdexcept>. Описание возбужденного исключения содержится в объекте eObj типа string. Эту информацию можно извлечь в обработчике с помощью функции-члена what():
int main()
{
try {
// функция main() такая же, как в разделе 16.2
}
catch ( const out_of_range &excep ) {
// печатается:
// ошибка: вне диапазона в Array<elemType>::operator[]()
cerr << excep.what() << "\n";
return -1;
}
}
В данной реализации выход индекса за пределы массива в функции try_array() приводит к тому, что оператор взятия индекса operator[]() класса Array возбуждает исключение типа out_of_range, которое перехватывается в main().
Упражнение 19.5
Какие исключения могут возбуждать следующие функции:
#include <stdexcept>
(a) void operate() throw( logic_error );
(b) int mathErr( int ) throw( underflow_error, overflow_error );
(c) char manip( string ) throw( );
Упражнение 19.6
Объясните, как механизм обработки исключений в C++ поддерживает технику программирования “захват ресурса – это инициализация; освобождение ресурса – это уничтожение”.
Упражнение 19.7
Исправьте ошибку в списке catch-обработчиков для данного try-блока:
#include <stdexcept>
int main() {
try {
// использование функций из стандартной библиотеки
}
catch( exception ) {
}
catch( runtime_error &re ) {
}
catch( overflow_error eobj ) {
}
}
Упражнение 19.8
Дана программа на C++:
int main() {
// использование стандартной библиотеки
}
Модифицируйте main() так, чтобы она перехватывала все исключения, возбуждаемые функциями стандартной библиотеки. Обработчики должны печатать сообщение об ошибке, ассоциированное с исключением, а затем вызывать функцию abort() (она определена в заголовочном файле <cstdlib>) для завершения main().
