ALLDev

Виды ошибок

Существенной частью любой программы является обработка ошибок. Прежде чем перейти к описанию средств языка Си++, предназначенных для обработки ошибок, остановимся немного на том,какие, собственно, ошибки мы будем рассматривать.

Ошибки компиляции пропустим:пока все они не исправлены, программа не готова, и запустить ее нельзя. Здесь мы будем рассматривать только ошибки, происходящие во время выполнения программы.

Первый вид ошибок, который всегда приходит в голову – это ошибки программирования. Сюда относятся ошибки в алгоритме, в логике программы и чисто программистские ошибки. Ряд возможных ошибок мы называли ранее (например, при работе с указателями), но гораздо больше вы узнаете на собственном горьком опыте.

Теоретически возможно написать программу без таких ошибок. Во многом язык Си++ помогает предотвратить ошибки во время выполнения программы,осуществляя строгий контроль на стадии компиляции. Вообще, чем строже контроль на стадии компиляции, тем меньше ошибок остается при выполнении программы.

Перечислим некоторые средства языка, которые помогут избежать ошибок:

1.  Контроль типов. Случаи использования недопустимых операций и смешения несовместимых типов будут обнаружены компилятором.
2. Обязательное объявление имен до их использования. Невозможно вызвать функцию с неверным числом аргументов. При изменении определения переменной или функции легко обнаружить все места, где она используется.
3. Ограничение видимости имен, контексты имен. Уменьшается возможность конфликтов имен, неправильного переопределения имен.

Самым важным средством уменьшения вероятности ошибок является объектно-ориентированный подход к программированию, который поддерживает язык Си++. Наряду с преимуществами объектного программирования, о которых мы говорили ранее, построение программы из классов позволяет отлаживать классы по отдельности и строить программы из надежных составных "кирпичиков", используя одни и те же классы многократно.

Несмотря на все эти положительные качества языка, остается "простор" для написания ошибочных программ. По мере рассмотрения свойств языка, мы стараемся давать рекомендации, какие возможности использовать, чтобы уменьшить вероятность ошибки.

Лучше исходить из того, что идеальных программ не существует, это помогает разрабатывать более надежные программы. Самое главное – обеспечить контроль данных, а для этого необходимо проверять в программе все, что может содержать ошибку. Если в программе предполагается какое-то условие, желательно проверить его, хотя бы в начальной версии программы, до того, как можно будет на опыте убедиться, что это условие действительно выполняется. Важно также проверять указатели, передаваемые в качестве аргументов, на равенство нулю; проверять, не выходят ли индексы за границы массива и т.п.

Ну и решающими качествами, позволяющими уменьшить количество ошибок, являются внимательность, аккуратность и опыт.

Второй вид ошибок – "предусмотренные", запланированные ошибки. Если разрабатывается программа диалога с пользователем, такая программа обязана адекватно реагировать и обрабатывать неправильные нажатия клавиш. Программа чтения текста должна учитывать возможные синтаксические ошибки. Программа передачи данных по телефонной линии должна обрабатывать помехи и возможные сбои при передаче. Такие ошибки – это, вообще говоря, не ошибки с точки зрения программы, а плановые ситуации, которые она обрабатывает.

Третий вид ошибок тоже в какой-то мере предусмотрен. Это исключительные ситуации, которые могут иметь место, даже если в программе нет ошибок . Например, нехватка памяти для создания нового объекта. Или сбой диска при извлечении информации из базы данных.

Именно обработка двух последних видов ошибок и рассматривается в последующих разделах. Граница между ними довольно условна. Например, для большинства программ сбой диска –исключительная ситуация, но для операционной системы сбой диска должен быть предусмотрен и должен обрабатываться. Скорее два типа можно разграничить по тому, какая реакция программы должна быть предусмотрена. Если после плановых ошибок программа должна продолжать работать, то после исключительных ситуаций надо лишь сохранить уже вычисленные данные и завершить программу.

Возвращаемое значение как признак ошибки

Простейший способ сообщения об ошибках предполагает использование возвращаемого значения функции или метода. Функция сохранения объекта в базе данных может возвращать логическое значение: true в случае успешного сохранения, false – в случае ошибки.

class Database
{
public:
 bool SaveObject(const Object& obj);
};

Соответственно, вызов метода должен выглядеть так:

if (database.SaveObject(my_obj) == false ){
 //обработка ошибки
}

Обработка ошибки, разумеется, зависит от конкретной программы. Типична ситуация, когда при многократно вложенных вызовах функций обработка происходит на несколько уровней выше, чем уровень, где ошибка произошла. В таком случае результат, сигнализирующий об ошибке, придется передавать во всех вложенных вызовах.

int main()
{
 if (fun1()==false ) //обработка ошибки
 return 1;
}
bool
fun1()
{
 if (fun2()==false )
 return false ;
 return true ;
}
bool
fun2()
{
 if (database.SaveObject(obj)==false )
 return false ;
 return true ;
}

Если функция или метод должны возвращать какую-то величину в качестве результата, то особое, недопустимое, значение этой величины используется в качестве признака ошибки. Если метод возвращает указатель, выдача нулевого указателя применяется в качестве признака ошибки. Если функция вычисляет положительное число, возврат - 1 можно использовать в качестве признака ошибки.

Иногда невозможно вернуть признак ошибки в качестве возвращаемого значения. Примером является конструктор объекта, который не может вернуть значение. Как же сообщить о том, что во время инициализации объекта что-то было не так?

Распространенным решением является дополнительный атрибут объекта – флаг, отражающий состояние объекта. Предположим, конструктор класса Database должен соединиться с сервером базы данных.

class Database
{
public :
 Database(const char *serverName);
 ...
 bool Ok(void) const {return okFlag;};
private :
 bool okFlag;
};
Database::Database(const char*serverName)
{
 if (connect(serverName)==true )
 okFlag =true ;
 else
 okFlag =false ;
}
int main()
{
 Database database("db-server");
 if (!database.Ok()){
 cerr <<"Ошибка соединения с базой данных"<<endl;
 return 0;
 }
 return 1;
}

Лучше вместо метода Ok, возвращающего значение флага okFlag, переопределить операцию ! (отрицание).

class Database
{
public :
 bool operator !()const {return !okFlag;};
};

Тогда проверка успешности соединения с базой данных будет выглядеть так:

if (!database){
 cerr <<"Ошибка соединения с базой 
 данных"<<endl;
}

Следует отметить, что лучше избегать такого построения классов, при котором возможны ошибки в конструкторе. Из конструктора можно выделить соединение с сервером базы данных в отдельный метод Open:

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

и тогда отпадает необходимость в операции ! или методе Ok().

Использование возвращаемого значения в качестве признака ошибки – метод почти универсальный. Он применяется, прежде всего, для обработки запланированных ошибочных ситуаций. Этот метод имеет ряд недостатков. Во-первых, приходится передавать признак ошибки через вложенные вызовы функций. Во-вторых, возникают неудобства, если метод или функция ужевозвращают значение, и приходится либо модифицировать интерфейс, либо придумывать специальное " ошибочное " значение. В-третьих, логика программы оказывается запутанной из-за сплошных условных операторов if с проверкой на ошибочное значение.

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 ситуациитребуется 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 типисключительной 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 наошибки 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 (Exception&e){
 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.

В приведенной на рисунке 16.1 структуре классов все исключительные ситуации делятся на ситуации, связанные с работой базы данных (класс DatabaseException ), и внутренние ошибкипрограммы (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 (ConnectDbException&e ){
 //обработка ошибки соединения с базой данных
}catch (ReadDbException&e){
 //обработка ошибок чтения из базы данных
}catch (DatabaseException&e){
 //обработка других ошибок базы данных
}catch (NoMemoryException&e){
 //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 типаисключительной 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.

1. При возникновении исключительной ситуации остаток функции или метода не выполняется. Более того, при обработке ее не всегда известно, где именно возникла исключительная ситуация. Поэтому прежде чем выполнить оператор throw, освободите ресурсы, зарезервированные в текущей функции. Например, если какой-либо объект был создан с помощью new,необходимо явно вызвать для него delete.
2. Избегайте использования исключительных ситуаций в деструкторах. Деструктор может быть вызван в результате уже возникшей исключительной ситуации при откате вызовов функций и методов. Повторная исключительная ситуация не обрабатывается и завершает выполнение программы.

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