Для исключения ошибок

Уровень сложности
Средний

Время на прочтение
8 мин

Количество просмотров 14K

Люди, которые пишут код, часто воспринимают работу с исключениями как необходимое зло. Но освоение системы обработки исключений в Python способно повысить профессиональный уровень программиста, сделать его эффективнее. В этом материале я разберу следующие темы, изучение которых поможет всем желающим раскрыть потенциал Python через разумный подход к обработке исключений:

• Что такое обработка исключений?

• Разница между оператором if и обработкой исключений.

• Использование разделов else и finally блока try-except для организации правильного обращения с ошибками.

• Определение пользовательских исключений.

• Рекомендации по обработке исключений.

Что такое обработка исключений?

Обработка исключений — это процесс написания кода для перехвата и обработки ошибок или исключений, которые могут возникать при выполнении программы. Это позволяет разработчикам создавать надёжные программы, которые продолжают работать даже при возникновении неожиданных событий или ошибок. Без системы обработки исключений подобное обычно приводит к фатальным сбоям.

Когда возникают исключения — Python выполняет поиск подходящего обработчика исключений. После этого, если обработчик будет найден, выполняется его код, в котором предпринимаются уместные действия. Это может быть логирование данных, вывод сообщения, попытка восстановить работу программы после возникновения ошибки. В целом можно сказать, что обработка исключения помогает повысить надёжность Python-приложений, улучшает возможности по их поддержке, облегчает их отладку.

Различия между оператором if и обработкой исключений

Главные различия между оператором if и обработкой исключений в Python произрастают из их целей и сценариев использования.

Оператор if — это базовый строительный элемент структурного программирования. Этот оператор проверяет условие и выполняет различные блоки кода, основываясь на том, истинно проверяемое условие или ложно. Вот пример:

temperature = int(input("Please enter temperature in Fahrenheit: "))
if temperature > 100:
    print("Hot weather alert! Temperature exceeded 100°F.")
elif temperature >= 70:
    print("Warm day ahead, enjoy sunny skies.")
else:
    print("Bundle up for chilly temperatures.")

Обработка исключений, с другой стороны, играет важную роль в написании надёжных и отказоустойчивых программ. Эта роль раскрывается через работу с неожиданными событиями и ошибками, которые могут возникать во время выполнения программы.

Исключения используются для подачи сигналов о проблемах и для выявления участков кода, которые нуждаются в улучшении, отладке, или в оснащении их дополнительными механизмами для проверки ошибок. Исключения позволяют Python достойно справляться с ситуациями, в которых возникают ошибки. В таких ситуациях исключения дают возможность продолжать выполнение скрипта вместо того, чтобы резко его останавливать.

Рассмотрим следующий код, демонстрирующий пример того, как можно реализовать обработку исключений и улучшить ситуацию с потенциальными отказами, связанными с делением на ноль:

# Определение функции, которая пытается поделить число на ноль
def divide(x, y):
    result = x / y
    return result
# Вызов функции divide с передачей ей x=5 и y=0
result = divide(5, 0)
print(f"Result of dividing {x} by {y}: {result}")

Вывод:

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 8, in <module>
ZeroDivisionError: division by zero attempted

После того, как было сгенерировано исключение, программа, не дойдя до инструкции print, сразу же прекращает выполняться.

Вышеописанное исключение можно обработать, обернув вызов функции divide в блок try-except:

# Определение функции, которая пытается поделить число на ноль
def divide(x, y):
    result = x / y
    return result
# Вызов функции divide с передачей ей x=5 и y=0
try:
    result = divide(5, 0)
    print(f"Result of dividing {x} by {y}: {result}")
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero.")

Вывод:

Cannot divide by zero.

Сделав это, мы аккуратно обработали исключение ZeroDivisionError, предотвратили аварийное завершение остального кода из-за необработанного исключения.

Подробности о других встроенных Python-исключениях можно найти здесь.

Использование разделов else и finally блока try-except для организации правильного обращения с ошибками

При работе с исключениями в Python рекомендуется включать в состав блоков try-except и раздел else, и раздел finally. Раздел else позволяет программисту настроить действия, производимые в том случае, если при выполнении кода, который защищают от проблем, не было вызвано исключений. А раздел finally позволяет обеспечить обязательное выполнение неких заключительных операций, вроде освобождения ресурсов, независимо от факта возникновения исключений (вот и вот — полезные материалы об этом).

Например — рассмотрим ситуацию, когда нужно прочитать данные из файла и выполнить какие-то действия с этими данными. Если при чтении файла возникнет исключение — программист может решить, что надо залогировать ошибку и остановить выполнение дальнейших операций. Но в любом случае файл нужно правильно закрыть.

Использование разделов else и finally позволяет поступить именно так — обработать данные обычным образом в том случае, если исключений не возникло, либо обработать любые исключения, но, как бы ни развивались события, в итоге закрыть файл. Без этих разделов код страдал бы уязвимостями в виде утечки ресурсов или неполной обработки ошибок. В результате оказывается, что else и finally играют важнейшую роль в создании устойчивых к ошибкам и надёжных программ.

try:
    # Открытие файла в режиме чтения
    file = open("file.txt", "r")
    print("Successful opened the file")
except FileNotFoundError:
    # Обработка ошибки, возникающей в том случае, если файл не найден
    print("File Not Found Error: No such file or directory")
    exit()
except PermissionError:
    # Обработка ошибок, связанных с разрешением на доступ к файлу
    print("Permission Denied Error: Access is denied")
else:
    # Всё хорошо - сделать что-то с данными, прочитанными из файла
    content = file.read().decode('utf-8')
    processed_data = process_content(content)
    
# Прибираемся после себя даже в том случае, если выше возникло исключение
finally:
    file.close()

В этом примере мы сначала пытаемся открыть файл file.txt для чтения (в подобной ситуации можно использовать выражение with, которое гарантирует правильное автоматическое закрытие объекта файла после завершения работы). Если в процессе выполнения операций файлового ввода/вывода возникают ошибки FileNotFoundError или PermissionError — выполняются соответствующие разделы except. Здесь, ради простоты, мы лишь выводим на экран сообщения об ошибках и выходим из программы в том случае, если файл не найден.

В противном случае, если в блоке try исключений не возникло, мы продолжаем работу, обрабатывая содержимое файла в ветви else. И наконец — выполняется «уборка» — файл закрывается независимо от возникновения исключения. Это обеспечивает блок finally (подробности смотрите здесь).

Применяя структурированный подход к обработке исключений, напоминающий вышеописанный, можно поддерживать свой код в хорошо организованном состоянии и обеспечивать его читабельность. При этом код будет рассчитан на борьбу с потенциальными ошибками, которые могут возникнуть при взаимодействии с внешними системами или входными данными.

Определение пользовательских исключений

В Python можно определять пользовательские исключения путём создания подклассов встроенного класса Exception или любых других классов, являющихся прямыми наследниками Exception.

Для того чтобы определить собственное исключение — нужно создать новый класс, являющийся наследником одного из подходящих классов, и оснастить этот класс атрибутами, соответствующими нуждам программиста. Затем новый класс можно использовать в собственном коде, работая с ним так же, как работают со встроенными классами исключений.

Вот пример определения пользовательского исключения, названного InvalidEmailAddress:

class InvalidEmailAddress(ValueError):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)
        self.msgfmt = message

Это исключение является наследником ValueError. Его конструктор принимает необязательный аргумент message (по умолчанию он устанавливается в значение invalid email address).

Вызвать это исключение можно в том случае, если в программе встретился адрес электронной почты, имеющий некорректный формат:

def send_email(address):
    if isinstance(address, str) == False:
        raise InvalidEmailAddress("Invalid email address")
# Отправка электронного письма

Теперь, если функции send_email() будет передана строка, содержащая неправильно оформленный адрес, то, вместо сообщения стандартной ошибки TypeError, будет выдано настроенное заранее сообщение об ошибке, которое чётко указывает на возникшую проблему. Например, это может выглядеть так:

>>> send_email(None)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/path/to/project/main.py", line 8, in send_email
    raise InvalidEmailAddress("Invalid email address")
InvalidEmailAddress: Invalid email address

Рекомендации по обработке исключений

Вот несколько рекомендаций, относящихся к обработке ошибок в Python:

1. Проектируйте код в расчёте на возможное возникновение ошибок. Заранее планируйте устройство кода с учётом возможных сбоев и проектируйте программы так, чтобы они могли бы достойно обрабатывать эти сбои. Это означает — предугадывать возможные пограничные случаи и реализовывать подходящие обработчики ошибок.

2. Используйте содержательные сообщения об ошибках. Сделайте так, чтобы программа выводила бы, на экран, или в файл журнала, подробные сообщения об ошибках, которые помогут пользователям понять — что и почему пошло не так. Старайтесь не применять обобщённые сообщения об ошибках, наподобие Error occurred или Something bad happened. Вместо этого подумайте об удобстве пользователя и покажите сообщение, в котором будет дан совет по решению проблемы или будет приведена ссылка на документацию. Постарайтесь соблюсти баланс между выводом подробных сообщений и перегрузкой пользовательского интерфейса избыточными данными.

3. Минимизируйте побочные эффекты. Постарайтесь свести к минимуму последствия сбойных операций, изолируя проблемные разделы кода посредством конструкции try-finally или try с использованием with. Сделайте так, чтобы после выполнения кода, было ли оно удачным или нет, обязательно выполнялись бы «очистительные» операции.

4. Тщательно тестируйте код. Обеспечьте корректное поведение обработчиков ошибок в различных сценариях использования программы, подвергнув код всеобъемлющему тестированию.

5. Регулярно выполняйте рефакторинг кода. Выполняйте рефакторинг фрагментов кода, подверженных ошибкам, чтобы улучшить их надёжность и производительность. Постарайтесь, чтобы ваша кодовая база была бы устроена по модульному принципу, чтобы её отдельные части слабо зависели бы друг от друга. Это позволяет независимым частям код самостоятельно эволюционировать, не оказывая негативного воздействия на другие его части.

6. Логируйте важные события. Следите за интересными событиями своего приложения, записывая сведения о них в файл журнала или выводя в консоль. Это поможет вам выявлять проблемы на ранних стадиях их возникновения, не тратя время на длительный анализ большого количества неструктурированных логов.

Итоги

Написание кода обработки ошибок — это неотъемлемая часть индустрии разработки ПО, и, в частности — разработки на Python. Это позволяет разработчикам создавать более надёжные и стабильные программы. Следуя индустриальным стандартам и рекомендациям по обработке исключений, разработчик может сократить время, необходимое на отладку кода, способен обеспечить написание качественных программ и сделать так, чтобы пользователям было бы приятно работать с этими программами.

О, а приходите к нам работать? 🤗 💰

public static void main(String[] args) {
    hereWillBeTrouble(42, 0);
}

public static void hereWillBeTrouble(int a, int b) {
    int oops = a / b;
    System.out.println(oops);
}

static void notGood() {
    System.out.println("Только не снова!");
    notGood();
}

public static void main(String[] args) {
    hereWillBeTrouble(42, 0);
}

public static void hereWillBeTrouble(int a, int b) {
    System.out.println("Всё, что было до...");
    int oops = a / b;
    System.out.println(oops);
    System.out.println("Всё, что будет после...");
}

public static void main(String[] args) {
    hereWillBeTrouble();
}

private static void hereWillBeTrouble(int a, int b) {
    int oops;
    try {
        System.out.println("Всё, что было до...");
        oops = a / b;
        System.out.println(oops);
        System.out.println("Всё, что будет после...");
    } catch (ArithmeticException e) {
        System.out.println("Говорили же не делить на ноль!");
        oops = 0;
    }
    System.out.println("Метод отработал");
}

public static void main(String[] args) {
    hereWillBeTrouble(42, 0);
}

private static void hereWillBeTrouble(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw new ArithmeticException("ты опять делишь на ноль?");
    }
    int oops = a / b;
    System.out.println(oops);
}

Как зарабатывать больше с помощью нейросетей?
Бесплатный вебинар: 15 экспертов, 7 топ-нейросетей. Научитесь использовать ИИ в своей работе и увеличьте доход.
Узнать больше

() translation by (you can also view the original English article)

В этом посте вы узнаете, как использовать обработку исключений в PHP. Начиная с PHP 5, мы можем использовать блоки try catch для обработки ошибок — это лучший способ обработки исключений и управления потоком вашего приложения. В этой статье мы рассмотрим основы обработки исключений вместе с несколькими примерами из реального мира.

Что такое исключение?

В PHP 5 появилась новая модель ошибок, которая позволяет вам кидать и ловить исключения в вашем приложении — это лучший способ обработки ошибок, чем то, что мы имели в более старых версиях PHP. Все исключения являются экземплярами базового класса Exception, который мы можем расширить, чтобы ввести наши собственные пользовательские исключения.

Здесь важно отметить, что обработка исключений отличается от обработки ошибок. При обработке ошибок мы можем использовать функцию set_error_handler для установки нашей настраиваемой функции обработки ошибок, чтобы всякий раз, когда срабатывает ошибка, она вызывала нашу функцию обработки ошибок. Таким образом, вы можете управлять ошибками. Однако, как правило, некоторые виды ошибок не восстанавливаются и прекращают выполнение программы.

С другой стороны, исключения — это что-то, что умышленно вызывает код, и ожидается, что он будет пойман в какой-то момент вашего приложения. Таким образом, мы можем сказать, что исключения восстанавливаются, а не определенные ошибки, которые не подлежат восстановлению. Если исключение, которое выбрасывается, попадает где-то в ваше приложение, выполнение программы продолжается с момента, когда исключение было поймано. А исключение, которое не попадает нигде в ваше приложение, приводит к ошибке, которое останавливает выполнение программы.

Поток управления обработкой исключений

Давайте рассмотрим следующую диаграмму, которая показывает общий поток управления обработкой исключений.

Исключения могут быть выброшены и пойманы с помощью блоков try и catch. Вы несете ответственность за выброс исключений, если что-то произойдет, чего не ожидается. Давайте быстро рассмотрим основной поток обработки исключений, как показано в следующем псевдокоде.

1

// code before the try-catch block

2

3

try {

4

  // code

5

6

  // if something is not as expected

7

      // throw exception using the "throw" keyword

8

9

  // code, it won't be executed if the above exception is thrown

10

} catch (Exception $e) {

11

  // exception is raised and it'll be handled here

12

  // $e->getMessage() contains the error message

13

}

14

15

// code after the try-catch block, will always be executed

В большинстве случаев, когда вы имеете дело с исключениями, вы в конечном итоге используете шаблон, как показано в приведенном выше фрагменте. Вы также можете использовать блок finally вместе с блоками try и catch, но мы вернемся к этому позже в этой статье.

Блок try — тот, который используется, когда вы подозреваете, что ваш код может генерировать исключение. Вы всегда должны обертывать такой код, используя try и catch.

Выброс исключения

Исключение может быть вызвано функцией, которую вы вызываете, или вы можете использовать ключевое слово throw для выбрасывания исключения вручную. Например, вы можете проверить некоторый ввод перед выполнением любой операции и выбросить исключение, если данные недействительны.

Здесь важно отметить, что если вы выбросите исключение, но вы не определили блок catch, который должен обрабатывать это исключение, это приведет к фатальной ошибке. Поэтому вам нужно убедиться, что вы всегда определяете блок catch, если вы бросаете исключения в своем приложении.

Когда исключение попадает в блок catch, объект Exception содержит сообщение об ошибке, которое было выбрано с использованием ключевого слова throw. Переменная $e в приведенном выше примере является экземпляром класса Exception, поэтому она имеет доступ ко всем методам этого класса. В этом блоке вы должны определить свою собственную логику обработки исключений — что именно вы хотите сделать с ошибкой, которую вы поймаете.

В следующем разделе мы рассмотрим пример из реального мира, чтобы понять, как работает обработка исключений.

Пример из реального мира

В этом разделе мы построим реальный пример для демонстрации обработки исключений в PHP.

Предположим, что вы создали приложение, которое загружает конфигурацию приложения из файла config.php. Теперь важно, чтобы файл config.php присутствовал, когда ваше приложение загружается. Таким образом, ваше приложение не может работать, если файл config.php отсутствует. Так что это идеальный случай, чтобы выбросить исключение и сообщить пользователю, что им необходимо исправить проблему.

1

<?php

2

try {

3

    // init bootstrapping phase

4

5

    $config_file_path = "config.php";

6

7

    if (!file_exists($config_file_path))

8

    {

9

      throw new Exception("Configuration file not found.");

10

    }

11

12

    // continue execution of the bootstrapping phase

13

} catch (Exception $e) {

14

    echo $e->getMessage();

15

    die();

16

}

17

?>

Как вы можете видеть в приведенном выше примере, мы проверяем наличие файла config.php в начале фазы начальной загрузки. Если файл config.php найден, выполнение продолжается в обычном режиме. С другой стороны, мы выбросим исключение, если файл config.php не существует. Кроме того, мы хотели бы прекратить выполнение, если есть исключение!

Вот как вы можете использовать исключения в своих приложениях. Вы должны выбрасывать исключения для исключительных случаев использования — вы не должны излишне бросать исключения для ошибок, таких как недопустимые учетные данные пользователя, неправильные разрешения на доступ к каталогам и т. д., которые вы часто ожидаете. Они лучше обрабатываются общими сообщениями об ошибках в потоке выполнения обычного приложения.

Таким образом, это был пример обработки исключений с использованием класса Exception по умолчанию. В следующем разделе мы рассмотрим, как вы можете расширить основной класс Exception и создать свои собственные пользовательские исключения в своем приложении.

Как создавать пользовательские исключения

В этом разделе мы обсудим, как вы можете создавать пользовательские исключения в своих приложениях. Фактически, мы расширим пример, который мы только что обсуждали в предыдущем разделе, чтобы продемонстрировать пользовательские исключения.

В предыдущем примере мы выбрали исключение конфигурации, используя класс Exception по умолчанию. Это прекрасно, если вы просто хотите иметь дело с сообщением об ошибке. Однако иногда вы хотите сделать немного больше в зависимости от типа исключения, которое бросается. Вот почему пользовательские исключения полезны.

Перейдем к предыдущему примеру, как показано в следующем фрагменте.

1

<?php

2

class ConfigFileNotFoundException extends Exception {}

3

4

try {

5

    // init bootstrapping phase

6

7

    $config_file_path = "config.php";

8

9

    if (!file_exists($config_file_path))

10

    {

11

      throw new ConfigFileNotFoundException("Configuration file not found.");

12

    }

13

14

    // continue execution of the bootstrapping phase

15

} catch (ConfigFileNotFoundException $e) {

16

    echo "ConfigFileNotFoundException: ".$e->getMessage();

17

    // other additional actions that you want to carry out for this exception

18

    die();

19

} catch (Exception $e) {

20

    echo $e->getMessage();

21

    die();

22

}

23

?>

Во-первых, мы определили класс ConfigFileNotFoundException, который расширяет основной класс Exception. Теперь он становится нашим настраиваемым классом исключений, и мы можем использовать его, когда хотим выбросить исключение ConfigFileNotFoundException в нашем приложении.

Затем мы использовали ключевое слово throw для исключения исключений ConfigFileNotFoundException в случае, если файл config.php не существует. Однако важное различие находится в блоке catch. Как вы можете видеть, мы определили два блока catch, и каждый блок используется для обнаружения различного типа исключения.

Первый получает исключения типа ConfigFileNotFoundException. Итак, если генерируемое исключение относится к типу ConfigFileNotFoundException, этот блок будет выполнен. Если тип исключения не соответствует какому-либо конкретному блоку catch, он будет соответствовать последнему, который должен поймать все генерические сообщения об исключениях.

Блок Finally

В этом разделе мы рассмотрим, как вы можете использовать ключевое слово finally вместе с блоками try и catch. Иногда вы хотите выполнить часть кода независимо от того, было ли исключено исключение. Вот где вы можете использовать блок finally, поскольку код, который вы размещаете в блоке finally, всегда будет выполняться после выполнения блоков try и catch независимо от того, было ли выбрано исключение.

Попробуем понять это, используя следующий пример.

1

try {

2

  // code

3

4

  // if something is not as expected

5

      // throw exception using the "throw" keyword

6

7

  // code, it won't be executed if the above exception is thrown

8

} catch (Exception $e) {

9

  // exception is raised and it'll be handled here

10

  // $e->getMessage() contains the error message

11

} finally {

12

  // code, it'll always be executed

13

}

Код в приведенном выше примере почти то же самое с единственным исключением, что мы добавили блок finally после блока catch. И, как мы обсуждали, код в этом блоке всегда будет выполняться.

Типичные прецеденты, которые мы могли бы придумать для использования блока finally, обычно связаны с очисткой ресурсов. Например, если вы открыли соединение с базой данных или файл на диске в блоке try, вы можете выполнять задачи очистки, такие как закрытие соединения в блоке finally, так как это гарантировано.

Обработка исключений — это ключевой навык кодирования, и вы должны подумать над тем, как будут обрабатываться исключения при разработке ваших приложений. Это поможет вам обнаружить и восстановить непредвиденные ошибки в вашем приложении. Надеюсь, что этот пост вдохновит вас написать лучший код обработки ошибок!

Заключение

Сегодня мы обсудили тему обработки исключений в PHP. В первой половине статьи мы обсудили основы исключений в PHP и создали реальный пример, чтобы продемонстрировать, как они работают. В конце мы рассмотрели, как вы можете создавать пользовательские исключения, расширяя основной класс Exception.

Поговорим об исключениях в C++, начиная определением и заканчивая грамотной обработкой.

1. Инструмент программирования для исключительных ситуаций
2. Исключения: панацея или нет
3. Синтаксис исключений в C++
4. Базовые исключения стандартной библиотеки
5. Заключение

Исключения — важный инструмент в современном программировании. В большинстве источников тема исключений раскрывается не полностью: не описана механика их работы, производительность или особенности языка C++.

В статье я постарался раскрыть тему исключений достаточно подробно. Она будет полезна новичкам, чтобы узнать об исключениях, и программистам с опытом, чтобы углубиться в явление и достичь его полного понимания.

Статья поделена на две части. Первая перед вами и содержит базовые, но важные сведения. Вторая выйдет чуть позже. В ней — информация для более продвинутых разработчиков.

В первой части разберёмся:

• для чего нужны исключения;
• особенности C++;
• синтаксис выбрасывания и обработки исключений;
• особые случаи, связанные с исключениями.

Также рассмотрим основные стандартные типы исключений, где и для чего они применяются.

Мы опираемся на современные компиляторы и Стандарт C++20. Немного затронем C++23 и даже C++03.

Если вы только осваиваете C++, возможно, вам будет интересен курс «Разработчик C++» в Яндекс Практикуме. У курса есть бесплатная вводная часть. Именно она может стать вашим первым шагом в мир C++. Для тех, кто знаком с программированием, есть внушительная ознакомительная часть, тоже бесплатная.

Инструмент программирования для исключительных ситуаций

В жизни любой программы бывают моменты, когда всё идёт не совсем так, как задумывал разработчик. Например:

• в системе закончилась оперативная память;
• соединение с сервером внезапно прервалось;
• пользователь выдернул флешку во время чтения или записи файла;
• понадобилось получить первый элемент списка, который оказался пустым;
• формат файла не такой, как ожидалось.

Примеры объединяет одно: возникшая ситуация достаточно редка, и при нормальной работе программы, всех устройств, сети и адекватном поведении пользователя она не возникает.

Хороший программист старается предусмотреть подобные ситуации. Однако это бывает сложно: перечисленные проблемы обладают неприятным свойством — они могут возникнуть практически в любой момент.

На помощь программисту приходят исключения (exception). Так называют объекты, которые хранят данные о возникшей проблеме. Механизмы исключений в разных языках программирования очень похожи. В зависимости от терминологии языка исключения либо выбрасывают (throw), либо генерируют (raise). Это происходит в тот момент, когда программа не может продолжать выполнять запрошенную операцию.

После выбрасывания в дело вступает системный код, который ищет подходящий обработчик. Особенность в том, что тот, кто выбрасывает исключение, не знает, кто будет его обрабатывать. Может быть, что и вовсе никто — такое исключение останется сиротой и приведёт к падению программы.

Если обработчик всё же найден, то он ловит (catch) исключение и программа продолжает работать как обычно. В некоторых языках вместо catch используется глагол except (исключить).

Обработчик ловит не все исключения, а только некоторые — те, что возникли в конкретной части определённой функции. Эту часть нужно явно обозначить, для чего используют конструкцию try (попробовать). Также обработчик не поймает исключение, которое ранее попало в другой обработчик. После обработки исключения программа продолжает выполнение как ни в чём не бывало.

Исключения: панацея или нет

Перед тем как совершить операцию, нужно убедиться, что она корректна. Если да — совершить эту операцию, а если нет — выбросить исключение. Так делается в некоторых языках, но не в C++. Проверка корректности — это время, а время, как известно, деньги. В C++ считается, что программист знает, что делает, и не нуждается в дополнительных проверках. Это одна из причин, почему программы на C++ такие быстрые.

Но за всё нужно платить. Если вы не уследили и сделали недопустимую операцию, то в менее производительных языках вы получите исключение, а в C++ — неопределённое поведение. Исключение можно обработать и продолжить выполнение программы. Неопределённое поведение гарантированно обработать нельзя.

Но некоторые виды неопределённого поведения вполне понятны и даже могут быть обработаны. Это зависит от операционной системы:

• сигналы POSIX — низкоуровневые уведомления, которые отправляются программе при совершении некорректных операций и в некоторых других случаях;
• структурированные исключения Windows (SEH) — специальные исключения, которые нельзя обработать средствами языка.

Особенность C++ в том, что не любая ошибка влечёт исключение, и не любую ошибку можно обработать. Но если для операции производительность не так критична, почему бы не сделать проверку?

У ряда операций в C++ есть две реализации. Одна супербыстрая, но вы будете отвечать за корректность, а вторая делает проверку и выбрасывает исключение в случае ошибки. Например, к элементу класса std::vector можно обратиться двумя способами:

• vec[15] — ничего не проверяет. Если в векторе нет элемента с индексом 15, вы получаете неопределённое поведение. Это может быть сигнал SIGSEGV, некорректное значение или взрыв компьютера.
• vec.at(15) — то же самое, но в случае ошибки выбрасывается исключение, которое можно обработать.

В C++ вам даётся выбор: делать быстро или делать безопасно. Часто безопасность важнее, но в определённых местах программы любое промедление критично.

Синтаксис исключений в C++

Ловим исключения

Начнём с примера:

			void SomeFunction() {
    DoSomething0();

    try {
        SomeClass var;

        DoSomething1();
        DoSomething2();

        // ещё код

        cout << "Если возникло исключение, то этот текст не будет напечатан" << std::endl;
    }
    catch(ExceptionType e) {
        std::cout << "Поймано исключение: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    }

    std::cout << "Это сообщение не будет выведено, если возникло исключение в DoSomething0 или "
                  "непойманное исключение внутри блока try." << std::endl;
}
		

В примере есть один try-блок и один catch-блок. Если в блоке try возникает исключение типа ExceptionType, то выполнение блока заканчивается. При этом корректно удаляются созданные объекты — в данном случае переменная var. Затем управление переходит в конструкцию catch. Сам объект исключения передаётся в переменную e. Выводя e.what(), мы предполагаем, что у типа ExceptionType есть метод what.

Если в блоке try возникло исключение другого типа, то управление также прервётся, но поиск обработчика будет выполняться за пределами функции SomeFunction — выше по стеку вызовов. Это также касается любых исключений, возникших вне try-блока.

Во всех случаях объект var будет корректно удалён.

Исключение не обязано возникнуть непосредственно внутри DoSomething*(). Будут обработаны исключения, возникшие в функциях, вызванных из DoSomething*, или в функциях, вызванных из тех функций, да и вообще на любом уровне вложенности. Главное, чтобы исключение не было обработано ранее.

Ловим исключения нескольких типов

Можно указать несколько блоков catch, чтобы обработать исключения разных типов:

			void SomeFunction() {
    DoSomething0();

    try {
        DoSomething1();
        DoSomething2();
        // ещё код
    }
    catch(ExceptionType1 e) {
        std::cout << "Some exception of type ExceptionType1: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    }
    catch(ExceptionType2 e) {
        std::cout << "Some exception of type ExceptionType2: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    }
    // ещё код
}
		

Ловим все исключения

			void SomeFunction() {
    DoSomething0();

    try {
        DoSomething1();
        DoSomething2();
        // ещё код
    }
    catch(...) {
        std::cout << "An exception any type" << std::endl;
        // ещё код
    }
    // ещё код
}
		

Если перед catch(...) есть другие блоки, то он означает «поймать все остальные исключения». Ставить другие catch-блоки после catch(...) не имеет смысла.

Перебрасываем исключение

Внутри catch(...) нельзя напрямую обратиться к объекту-исключению. Но можно перебросить тот же объект, чтобы его поймал другой обработчик:

			void SomeFunction() {
    DoSomething0();

    try {
        DoSomething1();
        DoSomething2();
        // ещё код
    }
    catch(...) {
        std::cout << "Какое-то исключение неизвестного типа. Сейчас не можем его обработать" << std::endl;
        throw; // перебрасываем исключение
    }
    // ещё код
}
		

Можно использовать throw в catch-блоках с указанным типом исключения. Но если поместить throw вне блока catch, то программа тут же аварийно завершит работу через вызов std::terminate().

Перебросить исключение можно другим способом:

			std::rethrow_exception(std::current_exception())
		

Этот способ обладает дополнительным преимуществом: можно сохранить исключение и перебросить его в другом месте. Однако результат std::current_exception() — это не объект исключения, поэтому его можно использовать только со специализированными функциями.

Принимаем исключение по ссылке

Чтобы избежать лишних копирований, можно ловить исключение по ссылке или константной ссылке:

			void SomeFunction() {
    DoSomething0();

    try {
        DoSomething1();
        DoSomething2();
        // ещё код
    }
    catch(ExceptionType& e) {
        std::cout << "Some exception of type ExceptionType: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    }
    catch(const OtherExceptionType& e) {
        std::cout << "Some exception of type OtherExceptionType: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    }
}
		

Это особенно полезно, когда мы ловим исключение по базовому типу.

Выбрасываем исключения

Чтобы поймать исключение, нужно его вначале выбросить. Для этого применяется throw.

Если throw используется с параметром, то он не перебрасывает исключение, а выбрасывает новое. Параметр может быть любого типа, даже примитивного. Использовать такую конструкцию разрешается в любом месте программы:

			void ThrowIfNegative(int x) {
    if (x < 0) {
        // выбрасываем исключение типа int
        throw x;
    }
}

int main() {
    try {
        ThrowIfNegative(10);
        ThrowIfNegative(-15);
        ThrowIfNegative(0);
        cout << "Этот текст никогда не будет напечатан" << std::endl;
    }
    // ловим выброшенное исключение
    catch(int x) {
        cout << "Поймано исключение типа int, содержащее число " << x << std::endl;
    }
}
		

Вывод: «Поймано исключение типа int, содержащее число –15».

Создаём типы для исключений

Выбрасывать int или другой примитивный тип можно, но это считается дурным тоном. Куда лучше создать специальный тип, который будет использоваться только для исключений. Причём удобно для каждого вида ошибок сделать отдельный класс. Он даже не обязан содержать какие-то данные или методы: отличать исключения друг от друга можно по названию типа.

			class IsZeroException{};
struct IsNegativeException{};

void ThrowIfNegative(int x) {
    if (x < 0) {
        // Выбрасывается не тип, а объект.
        // Не забываем скобки, чтобы создать объект заданного типа:
        throw IsNegativeException();
    }
}

void ThrowIfZero(int x) {
    if (x == 0) {
        throw IsZeroException();
    }
}

void ThrowIfNegativeOrZero(int x) {
    ThrowIfNegative(x);
    ThrowIfZero(x);
}

int main() {
    try {
        ThrowIfNegativeOrZero(10);
        ThrowIfNegativeOrZero(-15);
        ThrowIfNegativeOrZero(0);
    }
    catch(IsNegativeException x) {
        cout << "Найдено отрицательное число" << std::endl;
    }
    catch(IsZeroException x) {
        cout << "Найдено нулевое число" << std::endl;
    }
}
		

В итоге будет напечатана только фраза: «Найдено отрицательное число», поскольку –15 проверено раньше нуля.

Ловим исключение по базовому типу

Чтобы поймать исключение, тип обработчика должен в точности совпадать с типом исключения. Например, нельзя поймать исключение типа int обработчиком типа unsigned int.

Но есть ситуации, в которых типы могут не совпадать. Про одну уже сказано выше: можно ловить исключение по ссылке. Есть ещё одна возможность — ловить исключение по базовому типу.

Например, чтобы не писать много catch-блоков, можно сделать все используемые типы исключений наследниками одного. В этом случае рекомендуется принимать исключение по ссылке.

			class NumericException {
public:
    virtual std::string_view what() const = 0;
}

// Класс — наследник NumericException.
class IsZeroException : public NumericException {
public:
    std::string_view what() const override {
        return "Обнаружен ноль";
    }
}

// Ещё один наследник NumericException.
class IsNegativeException : public NumericException {
public:
    std::string_view what() const override {
        return "Обнаружено отрицательное число";
    }
}

void ThrowIfNegative(int x) {
    if (x < 0) {
        // Выбрасывается не тип, а объект.
        // Не забываем скобки, чтобы создать объект заданного типа:
        throw IsNegativeException();
    }
}

void ThrowIfZero(int x) {
    if (x == 0) {
        throw IsZeroException();
    }
}

void ThrowIfNegativeOrZero(int x) {
    ThrowIfNegative(x);
    ThrowIfZero(x);
}

int main() {
    try {
        ThrowIfNegativeOrZero(10);
        ThrowIfNegativeOrZero(-15);
        ThrowIfNegativeOrZero(0);
    }
    // Принимаем исключение базового типа по константной ссылке (&):
    catch(const NumericException& e) {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }
}
		

Выбрасываем исключение в тернарной операции ?:

Напомню, что тернарная операция ?: позволяет выбрать из двух альтернатив в зависимости от условия:

			std::cout << (age >= 18 ? "Проходите" : "Извините, вход в бар с 18 лет") << std::endl;
		

Оператор throw можно использовать внутри тернарной операции в качестве одного из альтернативных значений. Например, так можно реализовать безопасное деление:

			int result = y != 0 ? x / y : throw IsZeroException();
		

Это эквивалентно такой записи:

			int result;
if (y != 0) {
    result = x / y;
} 
else {
    throw IsZeroException();
}
		

Согласитесь, первый вариант лаконичнее. Так можно выбрасывать несколько исключений в одном выражении:

			// Вычислим корень отношения чисел:
int result = y == 0 ? throw IsZeroException() : x / y < 0 ? throw IsNegativeException() : sqrt(x / y);
		

Вся функция — try-блок

Блок try может быть всем телом функции:

			int SomeFunction(int x) try {
    return DoSomething(x);
}
catch(ExceptionType e) {
    std::cout << "Some exception of type ExceptionType: " << e.what() << std::endl;
    // ещё код

    // Для того, кто вызвал функцию, всё прошло штатно: исключение поймано.
    // Мы должны возвратить значение:
    return –1; 
}
		

Тут мы просто опустили фигурные скобки функции. По-другому можно записать так:

			int SomeFunction(int x) {
    try {
        return DoSomething(x);
    }
    catch(ExceptionType e) {
        std::cout << "Some exception of type ExceptionType: " << e.what() << std::endl;
        // ещё код
    
        // Для того, кто вызвал функцию, всё прошло штатно: исключение поймано.
        // Мы должны возвратить значение:
        return –1; 
    }
}
		

Исключения в конструкторе

Есть как минимум два случая возникновения исключений в конструкторе объекта:

1.  Внутри тела конструктора.
2. При конструировании данных объекта.

В первом случае исключение ещё можно поймать внутри тела конструктора и сделать вид, как будто ничего не было.

Во втором случае исключение тоже можно поймать, если использовать try-блок в качестве тела конструктора. Однако тут есть особенность: сделать вид, что ничего не было, не получится. Объект всё равно будет считаться недоконструированным:

			class IsZeroException{};

// Функция выбросит исключение типа IsZeroException
// если аргумент равен нулю.
void ThrowIf0(int x) {
    if (x == 0) {
        throw IsZeroException();
    }
}

// Класс содержит только одно число.
// Он выбрасывает исключение в конструкторе, если число нулевое.
class NotNullInt {
public:
    NotNullInt(int x) : x_(x) {
        ThrowIf0(x_);
    }

private:
    int x_;
}

class Ratio {
public:
    // Инициализаторы пишем после try:
    Ratio(int x, int y) try : x_(x), y_(y) {
    }
    catch(IsZeroException e) {
        std::cout << "Знаменатель дроби не может быть нулём" << std::endl;
        // Тут неявный throw; — конструктор прерван
    }

private:
    int x_;
    NotNullInt y_;
};

int main() {
    Ratio(10, 15);
    try {
        Ratio(15, 0);
    }
    catch(...) {
        std::cout << "Дробь не построена" << std::endl;
    }
}
		

Тут мы увидим оба сообщения: «Знаменатель дроби не может быть нулём» и «Дробь не построена».

Если объект недоконструирован, то его деструктор не вызывается. Это логичная, но неочевидная особенность языка. Однако все полностью построенные члены – данные объекта будут корректно удалены:

			#include 

class A{
public:
    A() {
        std::cout << "A constructed" << std::endl;
    }
    ~A() {
        std::cout << "A destructed" << std::endl;
    }
private:
}

class B{
public:
    B() {
        std::cout << "B constructed" << std::endl;
        throw 1;
    }
    ~B() {
        // Этой надписи мы не увидим:
        std::cout << "B destructed" << std::endl;
    }
    
private:
    A a;
};

int main() {
    try {
        B b;
    }
    catch (...) {
    }
}
		

Запустим код и увидим такой вывод:

			A constructed
B constructed
A destructed
		

Объект типа A создался и удалился, а объект типа B создался не до конца и поэтому не удалился.

Не все исключения в конструкторах можно обработать. Например, нельзя поймать исключения, выброшенные при конструировании глобальных и thread_local объектов, — в этом случае будет вызван std::terminate.

Исключения в деструкторе

В этом разделе примера не будет, потому что исключения в деструкторе — нежелательная практика. Бывает, что язык удаляет объекты вынужденно, например, при поиске обработчика выброшенного исключения. Если во время этого возникнет другое исключение в деструкторе какого-то объекта, то это приведёт к вызову std::terminate.

Более того, по умолчанию исключения в деструкторе запрещены и всегда приводят к вызову std::terminate. Выможете разрешить их для конкретного конструктора — об этом я расскажу в следующей части — но нужно много раз подумать, прежде чем сделать это.

Обрабатываем непойманные исключения

Поговорка «не пойман — не вор» для исключений не работает. Непойманные исключения приводят к завершению программы через std::terminate. Это нештатная ситуация, но можно предотвратить немедленное завершение, добавив обработчик для std::terminate:

			int main() {
    // Запишем обработчик в переменную terminate_handler
    auto terminate_handler = []() {
        auto e_ptr = std::current_exception();
        if (e_ptr) {
            try {
                // Перебросим исключение:
                std::rethrow_exception(e_ptr);
            } catch (const SomeType& e) {
                std::cerr << "Непойманное исключение типа SomeType: " << e.what() << std::endl;
            } 
            catch (...) {
                std::cerr << "Непойманное исключение неизвестного типа" << std::endl;
            }
        }
        else {
            std::cerr << "Неизвестная ошибка" << std::endl;
        }

        // Всё равно завершим программу.
        std::abort();
    };
    
    // Установим обработчик для функции terminate
    std::set_terminate(terminate_handler);

    // …..
}
		

Однако не стоит надеяться, что программа после обработки такой неприятной ситуации продолжит работу как ни в чём не бывало. std::terminate — часть завершающего процесса программы. Внутри него доступен только ограниченный набор операций, зависящий от операционной системы.

Остаётся только сохранить всё, что можно, и извиниться перед пользователем за неполадку. А затем выйти из программы окончательно вызовом std::abort().

Базовые исключения стандартной библиотеки

Далеко не всегда есть смысл создавать новый тип исключений, ведь в стандартной библиотеке их и так немало. А если вы всё же создаёте свои исключения, то сделайте их наследниками одного из базовых. Рекомендуется делать все типы исключений прямыми или косвенными наследниками std::exception.

Обратим внимание на одну важную вещь. Все описываемые далее классы не содержат никакой магии. Это обычные и очень простые классы, которые вы могли бы реализовать и самостоятельно. Использовать их можно и без throw, однако смысла в этом немного.

Их особенность в том, что разработчики договорились использовать эти классы для описания исключений, генерируемых в программе. Например, этот код абсолютно корректен, но совершенно бессмысленен:

			#include 
#include 

int main() {
    // Используем std::runtime_error вместо std::string.
    // Но зачем?
    std::runtime_error err("Буря мглою небо кроет");

    std::cout << err.what() << std::endl;
}
		

Разберём основные типы исключений, описанные в стандартной библиотеке C++.

std::exception

Базовый класс всех исключений стандартной библиотеки. Конструктор не принимает параметров. Имеет метод what(), возвращающий описание исключения. Как правило, используются производные классы, переопределяющие метод what().

std::logic_error : public std::exception

Исключение типа logic_error выбрасывается, когда нарушены условия, сформулированные на этапе написания программы. Например, мы передали в функцию извлечения квадратного корня отрицательное число или попытались извлечь элемент из пустого списка.

Конструктор принимает сообщение в виде std::string, которое будет возвращаться методом what().

			// класс копилка
class Moneybox {
public:
    void WithdrawCoin() {
        if (coins_ == 0) {
            throw std::logic_error("В копилке нет денег");
        }
        --coins_;
    }
    void PutCoin() {
        ++coins_;
    }

private:
    int coins_ = 0;
}
		

Перечислим некоторые производные классы std::logic_error. У всех них похожий интерфейс.

• std::invalid_argument. Исключение этого типа показывает, что функции передан некорректный аргумент, не соответствующий условиям.

			double GetSqrt(double x) {
    return x >= 0 ? sqrt(x) : 
        throw std::invalid_argument("Попытка извлечь квадратный корень из отрицательного числа");
}
		

Это исключение выбрасывают функции преобразования строки в число, такие как stol, stof, stoul, а также конструктор класса std::bitset:

			try {
    int f = std::stoi("abracadabra");
} catch (std::invalid_argument& ex) {
    std::cout << ex.what() << '\n';
}
		

• std::length_error. Исключение говорит о том, что превышен лимит вместимости контейнера. Может выбрасываться из методов, меняющих размер контейнеров string и vector. Например resize, reserve, push_back.

• std::out_of_range. Исключение говорит о том, что некоторое значение находится за пределами допустимого диапазона. Возникает при использовании метода at практически всех контейнеров. Также возникает при использовании функций конвертации в строки в число, таких как stol, stof, stoul. В стандартной библиотеке есть исключение с похожим смыслом — std::range_error.

std::runtime_error : public std::exception

std::runtime_error — ещё один базовый тип для нескольких видов исключений. Он говорит о том, что исключение относится скорее не к предусмотренной ошибке, а к выявленной в процессе выполнения.

При этом, если std::logic_error подразумевает конкретную причину ошибки — нарушение конкретного условия, — то std::runtime_error говорит о том, что что-то идёт не так, но первопричина может быть не вполне очевидна.

Интерфейс такой же, как и у logic_error: класс принимает описание ошибки в конструкторе и переопределяет метод what() базового класса std::exception.

			class CommandLineParsingError : public std::runtime_error {
public:
    // этой строкой импортируем конструктор из базового класса:
    using runtime_error::runtime_error;
};

class ZeroDenominatorError : public std::runtime_error {
public:
    // используем готовое сообщение:
    ZeroDenominatorError() : std::runtime_error("Знаменатель не может быть нулём") {
    }
}
		

Рассмотрим некоторые важные производные классы:

• std::regex_error. Исключение, возникшее в процессе работы с регулярными выражениями. Например, при неверном синтаксисе регулярного выражения.
• std::system_error. Широкий класс исключений, связанных с потоками, вводом-выводом или файловой системой.
• std::format_error. Исключение, возникшее при работе функции std::format.

std::bad_alloc : public std::exception

У std::exception есть и другие наследники. Самый важный — std::bad_alloc. Его может выбрасывать операция new. Это исключение — слабое место многих программ и головная боль многих разработчиков, ведь оно может возникать практически везде — в любом месте, где есть динамическая аллокация. То есть при:

• вставке в любой контейнер;
• копировании любого контейнера, например, обычной строки;
• создании умного указателя unique_ptr или shared_ptr;
• копировании объекта, содержащего контейнер;
• прямом вызове new (надеемся, что вы так не делаете);
• работе с потоками ввода-вывода;
• работе алгоритмов;
• вызове корутин;
• в пользовательских классах и библиотеках — практически при любых операциях.

При обработке bad_alloc нужно соблюдать осторожность и избегать других динамических аллокаций.

			#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector vec;
    try {
        while (true) {
            vec.push_back(std::string(10000000, 'a'));
        }
    }
    catch (const std::bad_alloc& e) {
        std::cout << "Место закончилось после вставки " << vec.size() << " элементов" << std::endl;
    }
}
		

Возможный вывод: «Место закончилось после вставки 2640 элементов».

При аллокациях возможна также ошибка std::bad_array_new_length, производная от bad_alloc. Она возникает при попытке выделить слишком большое, слишком маленькое (меньше, чем задано элементов для инициализации) либо отрицательное количество памяти.

Также при аллокации можно запретить new выбрасывать исключение. Для этого пишем (std::nothrow) после new:

			int main()
{
    int* m = new (std::nothrow) int [0xFFFFFFFFFFFFFFULL];
    std::cout << m; // выведет 0
    delete[] m;
}
		

В случае ошибки операция будет возвращать нулевой указатель.

bad_alloc настолько сложно учитывать, что многие даже не пытаются это делать. Мотивация такая: если память закончилась, то всё равно программе делать уже нечего. Лучше поскорей вызвать std::terminate и завершиться.

Заключение

В этой части мы разобрали, как создавать исключения C++, какие они бывают и как с ними работать. Разобрали ключевые слова try, catch и throw.

В следующей части запустим бенчмарк, разберём гарантии безопасности, спецификации исключений, а также узнаем, когда нужны исключения, а когда можно обойтись без них. И главное — узнаем, как они работают.

Исключения не так просты, как кажутся на первый взгляд. Они нарушают естественный ход программы и кратно увеличивают количество возможных путей исполнения. Но без них ещё сложнее.

C++ позволяет выразительно обрабатывать исключения, он аккуратен при удалении всех объектов и освобождении ресурсов. Будьте аккуратны и вы, и тогда всё получится. Каждому исключению — по обработчику.

Исключения — это лишь одна из многих возможностей C++. Глубже погрузиться в язык и узнать больше о нём, его экосистеме и принципах программирования поможет курс «Разработчик C++».