C try catch типы ошибок

One of the advantages of C++ over C is Exception Handling. Exceptions are runtime anomalies or abnormal conditions that a program encounters during its execution. There are two types of exceptions: a)Synchronous, b)Asynchronous (i.e., exceptions which are beyond the program’s control, such as disc failure, keyboard interrupts etc.). C++ provides the following specialized keywords for this purpose:
try: Represents a block of code that can throw an exception.
catch: Represents a block of code that is executed when a particular exception is thrown.
throw: Used to throw an exception. Also used to list the exceptions that a function throws but doesn’t handle itself.

Why Exception Handling? 
The following are the main advantages of exception handling over traditional error handling:

1) Separation of Error Handling code from Normal Code: In traditional error handling codes, there are always if-else conditions to handle errors. These conditions and the code to handle errors get mixed up with the normal flow. This makes the code less readable and maintainable. With try/catch blocks, the code for error handling becomes separate from the normal flow.

2) Functions/Methods can handle only the exceptions they choose: A function can throw many exceptions, but may choose to handle some of them. The other exceptions, which are thrown but not caught, can be handled by the caller. If the caller chooses not to catch them, then the exceptions are handled by the caller of the caller. 
In C++, a function can specify the exceptions that it throws using the throw keyword. The caller of this function must handle the exception in some way (either by specifying it again or catching it).

3) Grouping of Error Types: In C++, both basic types and objects can be thrown as exceptions. We can create a hierarchy of exception objects, group exceptions in namespaces or classes and categorize them according to their types.
 

C++ Exceptions:

When executing C++ code, different errors can occur: coding errors made by the programmer, errors due to wrong input, or other unforeseeable things.

When an error occurs, C++ will normally stop and generate an error message. The technical term for this is: C++ will throw an exception (error).

C++ try and catch:

Exception handling in C++ consists of three keywords: try, throw and catch:

The try statement allows you to define a block of code to be tested for errors while it is being executed.

The throw keyword throws an exception when a problem is detected, which lets us create a custom error.

The catch statement allows you to define a block of code to be executed if an error occurs in the try block.

The try and catch keywords come in pairs:

We use the try block to test some code: If the value of a variable “age” is less than 18, we will throw an exception, and handle it in our catch block.

In the catch block, we catch the error if it occurs and do something about it. The catch statement takes a single parameter. So, if the value of age is 15 and that’s why we are throwing an exception of type int in the try block (age), we can pass “int myNum” as the parameter to the catch statement, where the variable “myNum” is used to output the value of age.

If no error occurs (e.g. if age is 20 instead of 15, meaning it will be greater than 18), the catch block is skipped.

Exception Handling in C++

1) The following is a simple example to show exception handling in C++. The output of the program explains the flow of execution of try/catch blocks. 

Output: 

Before try
Inside try
Exception Caught
After catch (Will be executed)

2) There is a special catch block called the ‘catch all’ block, written as catch(…), that can be used to catch all types of exceptions. For example, in the following program, an int is thrown as an exception, but there is no catch block for int, so the catch(…) block will be executed. 

Output: 

Default Exception

3) Implicit type conversion doesn’t happen for primitive types. For example, in the following program, ‘a’ is not implicitly converted to int. 

Output: 

Default Exception

4) If an exception is thrown and not caught anywhere, the program terminates abnormally. For example, in the following program, a char is thrown, but there is no catch block to catch the char.  

Output: 

terminate called after throwing an instance of 'char'

This application has requested the Runtime to terminate it in an 
unusual way. Please contact the application's support team for 
more information.

We can change this abnormal termination behavior by writing our own unexpected function.
5) A derived class exception should be caught before a base class exception. See this for more details.
6) Like Java, the C++ library has a standard exception class which is the base class for all standard exceptions. All objects thrown by the components of the standard library are derived from this class. Therefore, all standard exceptions can be caught by catching this type
7) Unlike Java, in C++, all exceptions are unchecked, i.e., the compiler doesn’t check whether an exception is caught or not (See this for details). So, it is not necessary to specify all uncaught exceptions in a function declaration. Although it’s a recommended practice to do so. For example, the following program compiles fine, but ideally the signature of fun() should list the unchecked exceptions. 

Output: 

Caught exception from fun()

A better way to write the above code: 

Note : The use of Dynamic Exception Specification has been deprecated since C++11. One of the reasons for it may be that it can randomly abort your program. This can happen when you throw an exception of another type which is not mentioned in the dynamic exception specification. Your program will abort itself because in that scenario, it calls (indirectly) terminate(), which by default calls abort().

Output: 

Caught exception from fun()

In C++, try/catch blocks can be nested. Also, an exception can be re-thrown using “throw; “. 

Output: 

Handle Partially Handle remaining

A function can also re-throw a function using the same “throw; ” syntax. A function can handle a part and ask the caller to handle the remaining.
9) When an exception is thrown, all objects created inside the enclosing try block are destroyed before the control is transferred to the catch block.

Output: 

Constructor of Test
Destructor of Test
Caught 10

10) You may like to try Quiz on Exception Handling in C++.
Please write comments if you find anything incorrect, or you want to share more information about the topic discussed above.
 

Обработка исключений

Конструкция try..catch..finally

Последнее обновление: 30.12.2021

Иногда при выполнении программы возникают ошибки, которые трудно предусмотреть или предвидеть, а иногда и вовсе невозможно. Например, при передачи файла по сети может неожиданно оборваться сетевое подключение.
такие ситуации называются исключениями. Язык C# предоставляет разработчикам возможности для обработки таких ситуаций. Для этого
в C# предназначена конструкция try…catch…finally.

try
{
	
}
catch
{
	
}
finally
{
	
}

При использовании блока try…catch..finally вначале выполняются все инструкции в блоке try. Если в
этом блоке не возникло исключений, то после его выполнения начинает выполняться блок finally. И затем конструкция try..catch..finally
завершает свою работу.

Если же в блоке try вдруг возникает исключение, то обычный порядок выполнения останавливается, и среда CLR
начинает искать блок catch, который может обработать данное исключение. Если нужный блок
catch найден, то он выполняется, и после его завершения выполняется блок finally.

Если нужный блок catch не найден, то при возникновении исключения программа аварийно завершает свое выполнение.

Рассмотрим следующий пример:

int x = 5;
int y = x / 0;
Console.WriteLine($"Результат: {y}");
Console.WriteLine("Конец программы");

В данном случае происходит деление числа на 0, что приведет к генерации исключения. И при запуске приложения в
режиме отладки мы увидим в Visual Studio окошко, которое информирует об исключении:

В этом окошке мы видим, что возникло исключение, которое представляет тип System.DivideByZeroException,
то есть попытка деления на ноль. С помощью пункта View Details можно посмотреть более детальную информацию об исключении.

И в этом случае единственное, что нам остается, это завершить выполнение программы.

Чтобы избежать подобного аварийного завершения программы, следует использовать для обработки исключений конструкцию
try…catch…finally. Так, перепишем пример следующим образом:

try
{
	int x = 5;
	int y = x / 0;
	Console.WriteLine($"Результат: {y}");
}
catch
{
	Console.WriteLine("Возникло исключение!");
}
finally
{
	Console.WriteLine("Блок finally");
}
Console.WriteLine("Конец программы");

В данном случае у нас опять же возникнет исключение в блоке try, так как мы пытаемся разделить на ноль.
И дойдя до строки

int y = x / 0;

выполнение программы остановится. CLR найдет блок catch и передаст управление этому блоку.

После блока catch будет выполняться блок finally.

Возникло исключение!
Блок finally
Конец программы

Таким образом, программа по-прежнему не будет выполнять деление на ноль и соответственно не будет выводить результат этого деления,
но теперь она не будет аварийно завершаться, а исключение будет обрабатываться в блоке catch.

Следует отметить, что в этой конструкции обязателен блок try. При наличии блока catch мы можем опустить блок finally:

try
{
	int x = 5;
	int y = x / 0;
	Console.WriteLine($"Результат: {y}");
}
catch
{
	Console.WriteLine("Возникло исключение!");
}

И, наоборот, при наличии блока finally мы можем опустить блок catch и не обрабатывать исключение:

try
{
	int x = 5;
	int y = x / 0;
	Console.WriteLine($"Результат: {y}");
}
finally
{
	Console.WriteLine("Блок finally");
}

Однако, хотя с точки зрения синтаксиса C# такая конструкция вполне корректна, тем не менее, поскольку CLR не сможет найти нужный блок
catch, то исключение не будет обработано, и программа аварийно завершится.

Обработка исключений и условные конструкции

Ряд исключительных ситуаций может быть предвиден разработчиком. Например, пусть в программе есть метод, который принимает строку, конвертирует ее в число
и вычисляет квадрат этого числа:

Square("12"); // Квадрат числа 12: 144
Square("ab"); // !Исключение

void Square(string data)
{
    int x = int.Parse(data);
    Console.WriteLine($"Квадрат числа {x}: {x * x}");
}

Если пользователь передаст в метод не число, а строку, которая содежит нецифровые символы, то программа выпадет в ошибку. С одной стороны,
здесь как раз та ситуация, когда можно применить блок
try..catch, чтобы обработать возможную ошибку. Однако гораздо оптимальнее было бы проверить допустимость преобразования:

Square("12"); // Квадрат числа 12: 144
Square("ab"); // Некорректный ввод

void Square(string data)
{
    if (int.TryParse(data, out var x))
    {
        Console.WriteLine($"Квадрат числа {x}: {x * x}");
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("Некорректный ввод");
    }
}

Метод int.TryParse() возвращает true, если преобразование можно осуществить, и false — если нельзя. При допустимости преобразования переменная x
будет содержать введенное число. Так, не используя try...catch можно обработать возможную исключительную ситуацию.

С точки зрения производительности использование блоков try..catch более накладно, чем применение условных конструкций. Поэтому по возможности
вместо try..catch лучше использовать условные конструкции на проверку исключительных ситуаций.

На 32-м уроке по C# мы начнем обзор обработки исключений. При возникновении непредвиденного события необработанные исключения приводят к аварийному завершению работы программы. Правильная обработка исключений позволяет выйти из ошибки без поломки программы или даже сеанса системы.

Что такое исключение?

Исключение — это ошибка, возникающая вемя выполнения программы. Как правило, исключение описывает непредвиденное событие. Например, исключение возникает, если программа запрашивает больше памяти, чем может предоставить операционная система. Это исключение называется исключением нехватки памяти.

Иерархия классов исключений

При возникновении исключения нормальная обработка кода прекращается. Создается объект, содержащий информацию, относящуюся к ошибке. Этот объект является экземпляром класса исключений. Самым основным из классов исключений является Exception, определенный в пространстве имен System.

Классы исключений организованы в иерархию с исключением наверху. Под классом исключения находятся SystemException и ApplicationException. Класс SystemException имеет дополнительные производные подклассы, каждый из которых представляет определенный тип исключения, который может быть вызван в ответ на системную ошибку. Класс ApplicationException является базовым классом, из которого могут быть получены пользовательские исключения приложения.

Примечание: подкласс и базовый класс-это термины объектно-ориентированного программирования.

Системные исключения

Существует множество системных исключений, которые могут возникать или выбрасываться при возникновении проблемы. Они вызывают создание объекта на основе его собственного специализированного класса исключений, производного от SystemException. Примеры включают в себя:

• ArithmeticException. Выбрасывается при возникновении ошибки во время арифметической операции, приведения или преобразования.
• DivideByZeroException. Возникает при попытке разделить значение на ноль. Является более специализированной версией исключения выше.
• OverflowException. Выбрасывается, когда ошибка возникает во время арифметической операции или во время литья или преобразования, потому что результирующее значение слишком велико или мало. Исключение OverflowException является производным от исключения ArithmeticException.
• OutOfMemoryException. Выбрасывается, когда доступной памяти недостаточно для продолжения выполнения.

Приведенный выше список дает небольшую выборку классов исключений в иерархии. Гораздо более полный список можно найти на странице иерархии системных исключений веб-сайта Microsoft MSDN.

Исключения приложений

Исключения приложений — это те, которые вы определяете. Они могут быть универсальными, например WordProcessorException, или специализированными, например LeftMarginTooSmallException. Конечно, ни одно из этих исключений не существует в .NET framework; они должны быть созданы перед использованием. Исключения приложений не будут обсуждаться до следующей статьи, в которой исследуются программные исключения.

Обработка исключений

При возникновении исключения поток программы для выполнения метода прерывается. Если исключение не обрабатывается явно, метод завершает работу и исключение передается вызывающей функции. Этот вызывающий метод имеет возможность обработать ошибку. Этот процесс продолжается до тех пор, пока исключение не будет обработано программой или не достигнет системы выполнения C#.

Необработанное исключение, которое достигает системы выполнения C#, вызывает немедленное, ненормальное завершение программы. Это может быть проблемой, поскольку исключение сообщается пользователю в виде сообщения или диалогового окна, содержащего стандартную информацию и технические детали, которые могут быть неправильно поняты. Во время отладки это может быть полезно, но в релизе программы на заказ это обычно считается неприемлемым.

Основной блок Try / Catch

C# предоставляет структуру кода, известную как блок try / catch, которая позволяет обрабатывать исключения. Основной блок try / catch имеет два элемента. Раздел try содержит одну или несколько выполняемых команд, удерживаемых в символах фигурной скобки { и }. Раздел catch содержит код для выполнения, если во время обработки раздела try происходит исключение. Основной синтаксис выглядит следующим образом:

try
{
    // команды, выполняющиеся в обычном режиме
}
catch
{
    // команды для выполнения в случае возникновения исключения
}

При использовании этого базового синтаксиса любое возникающее исключение приводит к тому, что код в блоке try остается, а код в блоке catch выполняется. Блок catch может использоваться для различных целей, включая изящное восстановление после ошибки, ведение журнала или представление подробных сведений о проблеме, а также освобождение ресурсов, таких как подключения к базе данных или открытые файлы. После завершения выполнения блока catch или если в блоке try не возникает никаких исключений, программа продолжает выполнение следующей инструкции после структуры try / catch.

В следующем примере возникает исключение при попытке разделить на ноль. В этом случае сообщение выводится пользователю, и вычисленное значение устанавливается на максимально возможное целочисленное значение.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch
    {
        Console.WriteLine("Произошла ошибка во время деления.");
        calculated = int.MaxValue;
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}
 
/* OUTPUT
 
Произошла ошибка во время деления 
Result = 2147483647
 
*/

Извлечение информации об исключении

Как написано выше, создание исключения включает в себя создание объекта исключения. Объект имеет свойства, содержащие информацию, описывающую ошибку. Это может быть прочитано кодом в блоке catch путем добавления объявления исключения к оператору catch. Следующий пример расширяет предыдущий код, объявляя объект наиболее обобщенного класса исключений. Все исключения будут пойманы, но теперь информация об исключении может быть использована при создании сообщения об ошибке.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch (Exception ex)                        // Ловим
    {
        Console.WriteLine("Произошла ошибка во время деления.");
        Console.WriteLine(ex.Message);          // Вывод
        calculated = int.MaxValue;
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}
 
/* OUTPUT
 
Произошла ошибка во время деления 
Attempted to divide by zero.
Result = 2147483647
 
*/

Приведенный выше пример улавливает любое исключение и заполняет объект класса Exception . Свойство объекта Message используется для вывода описания ошибки. Это одно из нескольких свойств, предоставляемых всеми классами исключений. Некоторые из самых полезных свойств являются:

• Message. Строка, содержащая описание исключения.
• Source. Строка, содержащая имя программы или объекта, вызвавшего исключение.
• TargetSite. Объект, содержащий сведения о методе, вызвавшем исключение.
• StackTrace. Строка, содержащая полный стек вызовов, которые привели к исключению. Эта строка позволяет программисту просматривать каждый вызов метода, выполненный до возникновения исключения. Это особенно полезно во время тестирования и отладки.
• InnerException. Когда одно исключение возникает как прямой результат другого, начальное исключение может содержаться в этом свойстве. Внутреннее исключение содержит все стандартные свойства, включая, возможно,еще одно внутреннее исключение. Если нет внутреннего исключения, это свойство имеет значение null.

Примечание: более специализированные типы исключений включают дополнительную релевантную информацию. Например, исключение ArgumentException включает свойство ParamName, детализирующее рассматриваемый параметр.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("Сообщение:    {0}n", ex.Message);
        Console.WriteLine("Источник:     {0}n", ex.Source);
        Console.WriteLine("Метод: {0}n", ex.TargetSite.Name);
        Console.WriteLine("StackTrace: {0}n", ex.StackTrace);
 
        calculated = int.MaxValue;
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}
 
/* Вывод
 
Сообщение:    Attempted to divide by zero.
 
Источник:     ConsoleApplication1
 
Метод: Void Main(System.String[])
 
StackTrace: at ConsoleApplication1.Program.Main(String[] args) in
            C:...Program.cs:line 17
 
Result = 2147483647
 
*/

Как ловить конкретные исключения

До сих пор описанные примеры включали код для перехвата всех исключений. Иногда вы хотите поймать только определенный тип исключения, так как различные ошибки могут быть обработаны по-разному. Для того, чтобы поймать более специализированные исключение, класс exception определяется по имени в операторе catch. В следующем примере этот метод используется только для перехвата деления на ноль. Любое другое исключение остается необработанным.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch (DivideByZeroException ex)     // поймать только конкретное исключение
    {
        Console.WriteLine("произошло деление на ноль.");
        Console.WriteLine(ex.Message);          // сообщить об ошибке
        calculated = int.MaxValue;
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}
 
/* OUTPUT
 
произошло деление на ноль.
Attempted to divide by zero.
Result = 2147483647
 
*/

Перехват определенных типов исключений обеспечивает два преимущества. Во-первых, неожиданные исключения, такие как нехватка памяти, не улавливаются и неправильно интерпретируются или маскируются, вызывая неожиданные побочные эффекты. Во-вторых, все дополнительные свойства, связанные со специализированным классом исключений, становятся доступными в блоке catch.

Примечание: если достаточно поймать тип исключения и нет необходимости опрашивать свойства исключения, то нет необходимости включать имя переменной для объекта исключения. Catch в приведенном выше примере может быть сокращен до catch (DivideByZeroException) в такой ситуации.

Перехват нескольких исключений

При разработке сложных процедур возможно возникновение различных типов исключений. Каждое из этих исключений может потребовать обработки по-разному. Чтобы разрешить это, несколько блоков catch могут быть добавлены к одному блоку try. Каждый блок catch обрабатывает различные типы исключений, причем наиболее конкретные типы обрабатываются первыми, а наиболее общие исключения — последними.

Каждый блок catch проверяется по очереди, чтобы увидеть, является ли вызванное исключение тем же типом, что и объявленное в инструкции, или производным от него. При обнаружении совпадения выполняется код в блоке catch. Только один код блока catch когда-либо выполняется. Исключения, которые не соответствуют ни одному из объявленных типов, остаются необработанными.

В следующем примере представлены три блока catch. Первый обрабатывает деление на ноль ошибок. Второй отвечает на общее арифметическое исключение, но не используется, если происходит деление на ноль. Окончательный catch не указывает тип исключения для перехвата, поэтому выполняется для всех других исключений.
после блока try / catch, даже если возникает исключение или блок try содержит оператор return.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch (DivideByZeroException)            
    {
        Console.WriteLine("Division by zero occurred.");
        calculated = int.MaxValue;
    }
    catch (ArithmeticException)                 
    {
        Console.WriteLine("An arithmetic exception occurred.");
        calculated = int.MaxValue;
    }
    catch
    {
        Console.WriteLine("An unexpected exception occurred.");
        calculated = int.MaxValue;
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}

Блок Try / Catch / Finally

Иногда необходимо убедиться, что некоторый код выполняется независимо от возникновения исключения. Например, если файл открыт перед блоком, этот файл должен быть закрыт после работы.

C# определяет блок добавления, который может быть добавлен в конец структуры try / catch. Это последний блок. Код в этом разделе гарантированно выполняется после блока try / catch, даже если возникает исключение или блок try содержит оператор return.

static void Main(string[] args)
{
    int value = 50;
    int divisor = 0;
    int calculated;
 
    try
    {
        calculated = value / divisor;
    }
    catch
    {
        Console.WriteLine("An error occurred during division.");
        calculated = int.MaxValue;
    }
    finally
    {
        Console.WriteLine("Clearing up any resources.");
    }
 
    Console.WriteLine("Result = {0}", calculated);
}

Можно попробовать использовать Finally вместе с блоками catch. Если при использовании такой структуры возникает исключение, оно остается необработанным и передается вызывающей подпрограмме или системе времени выполнения C#. Однако код в блоке finally выполняется независимо от того, вызвано исключение или нет.

Автор этого материала — я — Пахолков Юрий. Я оказываю услуги по написанию программ на языках Java, C++, C# (а также консультирую по ним) и созданию сайтов. Работаю с сайтами на CMS OpenCart, WordPress, ModX и самописными. Кроме этого, работаю напрямую с JavaScript, PHP, CSS, HTML — то есть могу доработать ваш сайт или помочь с веб-программированием. Пишите сюда.

статьи IT, уроки по си шарп, си шарп, исключения, ошибки

Читайте также:

• Урок 30. Условные операторы C#

Associates one or more exception handlers (catch-clauses) with a compound statement.

[edit] Syntax

where handler-sequence is a sequence of one or more handlers, which have the following syntax:

try { /* */ } catch (...) { /* */ }

[edit] Explanation

See throw exceptions for more information about throw-expressions

A try-block is a statement, and as such, can appear anywhere a statement can appear (that is, as one of the statements in a compound statement, including the function body compound statement). See function-try-block for the try blocks around function bodies. The following description applies to both try-blocks and function-try-blocks.

The formal parameter of the catch clause (type-specifier-seq and declarator or type-specifier-seq and abstract-declarator) determines which types of exceptions cause this catch clause to be entered. It cannot be an incomplete type, abstract class type, rvalue reference type, (since C++11) or pointer to incomplete type (except that pointers to (possibly cv-qualified) void are allowed). If the type of the formal parameter is array type or function type, it is treated as the corresponding pointer type (similar to a function declaration).

When an exception is thrown by any statement in compound-statement, the exception object of type E is matched against the types of the formal parameters T of each catch-clause in handler-seq, in the order in which the catch clauses are listed. The exception is a match if any of the following is true:

• E and T are the same type (ignoring top-level cv-qualifiers on T)
• T is an lvalue-reference to (possibly cv-qualified) E
• T is an unambiguous public base class of E
• T is a reference to an unambiguous public base class of E
• T is (possibly cv-qualified) U or const U& (since C++14), and U is a pointer or pointer to member type, and E is also a pointer or pointer to member type that is implicitly convertible to U by one or more of

• a standard pointer conversion other than one to a private, protected, or ambiguous base class
• a qualification conversion

try
{
    f();
}
catch (const std::overflow_error& e)
{} // this executes if f() throws std::overflow_error (same type rule)
catch (const std::runtime_error& e)
{} // this executes if f() throws std::underflow_error (base class rule)
catch (const std::exception& e)
{} // this executes if f() throws std::logic_error (base class rule)
catch (...)
{} // this executes if f() throws std::string or int or any other unrelated type

The catch-all clause catch (…) matches exceptions of any type. If present, it has to be the last catch clause in the handler-seq. Catch-all block may be used to ensure that no uncaught exceptions can possibly escape from a function that offers nothrow exception guarantee.

If no matches are found after all catch-clauses were examined, the exception propagation continues to the containing try-block, as described in throw-expression. If there are no containing try-blocks left, std::terminate is executed (in this case, it is implementation-defined whether any stack unwinding occurs at all: throwing an uncaught exception is permitted to terminate the program without invoking any destructors).

When entering a catch clause, if its formal parameter is a base class of the exception type, it is copy-initialized from the base class subobject of the exception object. Otherwise, it is copy-initialized from the exception object (this copy is subject to copy elision).

try
{
    std::string("abc").substr(10); // throws std::length_error
}
// catch (std::exception e) // copy-initialization from the std::exception base
// {
//     std::cout << e.what(); // information from length_error is lost
// }
catch (const std::exception& e) // reference to the base of a polymorphic object
{
    std::cout << e.what(); // information from length_error printed
}

If the parameter of the catch-clause is a reference type, any changes made to it are reflected in the exception object, and can be observed by another handler if the exception is rethrown with throw;. If the parameter is not a reference, any changes made to it are local and its lifetime ends when the handler exits.

A goto or switch statement shall not be used to transfer control into a try block or into a handler.

Other than by throwing or rethrowing the exception, the catch-clause after a regular try block (not function-try-block) may be exited with a return, continue, break, goto, or by reaching the end of its compound-statement. In any case, this destroys the exception object (unless an instance of std::exception_ptr exists that refers to it).

[edit] Notes

The throw-expression throw NULL; is not guaranteed to be matched by a pointer catch clause, because the exception object type may be int, but throw nullptr; is assuredly matched by any pointer or pointer-to-member catch clause.

If a catch-clause for a derived class is placed after the catch-clause for a base class, the derived catch-clause will never be executed:

If goto is used to exit a try-block and if any of the destructors of block-scoped automatic variables that are executed by the goto throw exceptions, those exceptions are caught by the try blocks in which the variables are defined:

label:
    try
    {
        T1 t1;
        try
        {
            T2 t2;
            if (condition)
                goto label; // destroys t2, then destroys t1, then jumps to label
        }
        catch (...) {} // catches the exception from the destructor of t2
    }
    catch (...) {}     // catches the exception from the destructor of t1

[edit] Keywords

try,
catch,
throw

[edit] Example

#include <iostream>
#include <vector>
 
int main()
{
    try
    {
        std::cout << "Throwing an integer exception...n";
        throw 42;
    }
    catch (int i)
    {
        std::cout << " the integer exception was caught, with value: " << i << 'n';
    }
 
    try
    {
        std::cout << "Creating a vector of size 5... n";
        std::vector<int> v(5);
        std::cout << "Accessing the 11th element of the vector...n";
        std::cout << v.at(10); // vector::at() throws std::out_of_range
    }
    catch (const std::exception& e) // caught by reference to base
    {
        std::cout << " a standard exception was caught, with message '"
                  << e.what() << "'n";
    }
}

Throwing an integer exception...
 the integer exception was caught, with value: 42
Creating a vector of size 5...
Accessing the 11th element of the vector...
 a standard exception was caught, with message 'out_of_range'

[edit] Defect reports

The following behavior-changing defect reports were applied retroactively to previously published C++ standards.

В C++ различают ошибки времени компиляции и ошибки времени выполнения. Ошибки первого типа обнаруживает компилятор до запуска программы. К ним относятся, например, синтаксические ошибки в коде. Ошибки второго типа проявляются при запуске программы. Примеры ошибок времени выполнения: ввод некорректных данных, некорректная работа с памятью, недостаток места на диске и т. д. Часто такие ошибки могут привести к неопределённому поведению программы.

Некоторые ошибки времени выполнения можно обнаружить заранее с помощью проверок в коде. Например, такими могут быть ошибки, нарушающие инвариант класса в конструкторе. Обычно, если ошибка обнаружена, то дальнейшее выполение функции не имеет смысла, и нужно сообщить об ошибке в то место кода, откуда эта функция была вызвана. Для этого предназначен механизм исключений.

Коды возврата и исключения

Рассмотрим функцию, которая считывает со стандартного потока возраст и возвращает его вызывающей стороне. Добавим в функцию проверку корректности возраста: он должен находиться в диапазоне от 0 до 128 лет. Предположим, что повторный ввод возраста в случае ошибки не предусмотрен.

int ReadAge() {
    int age;
    std::cin >> age;
    if (age < 0 || age >= 128) {
        // Что вернуть в этом случае?
    }
    return age;
}

Что вернуть в случае некорректного возраста? Можно было бы, например, договориться, что в этом случае функция возвращает ноль. Но тогда похожая проверка должна быть и в месте вызова функции:

int main() {
    if (int age = ReadAge(); age == 0) {
        // Произошла ошибка
    } else {
        // Работаем с возрастом age
    }
}

Такая проверка неудобна. Более того, нет никакой гарантии, что в вызывающей функции программист вообще её напишет. Фактически мы тут выбрали некоторое значение функции (ноль), обозначающее ошибку. Это пример подхода к обработке ошибок через коды возврата. Другим примером такого подхода является хорошо знакомая нам функция main. Только она должна возвращать ноль при успешном завершении и что-либо ненулевое в случае ошибки.

Другим способом сообщить об обнаруженной ошибке являются исключения. С каждым сгенерированным исключением связан некоторый объект, который как-то описывает ошибку. Таким объектом может быть что угодно — даже целое число или строка. Но обычно для описания ошибки заводят специальный класс и генерируют объект этого класса:

#include <iostream>

struct WrongAgeException {
    int age;
};

int ReadAge() {
    int age;
    std::cin >> age;
    if (age < 0 || age >= 128) {
        throw WrongAgeException(age);
    }
    return age;
}

Здесь в случае ошибки оператор throw генерирует исключение, которое представлено временным объектом типа WrongAgeException. В этом объекте сохранён для контекста текущий неправильный возраст age. Функция досрочно завершает работу: у неё нет возможности обработать эту ошибку, и она должна сообщить о ней наружу. Поток управления возвращается в то место, откуда функция была вызвана. Там исключение может быть перехвачено и обработано.

Перехват исключения

Мы вызывали нашу функцию ReadAge из функции main. Обработать ошибку в месте вызова можно с помощью блока try/catch:

int main() {
    try {
        age = ReadAge();  // может сгенерировать исключение
        // Работаем с возрастом age
    } catch (const WrongAgeException& ex) {  // ловим объект исключения
        std::cerr << "Age is not correct: " << ex.age << "n";
        return 1;  // выходим из функции main с ненулевым кодом возврата
    }
    // ...
}

Мы знаем заранее, что функция ReadAge может сгенерировать исключение типа WrongAgeException. Поэтому мы оборачиваем вызов этой функции в блок try. Если происходит исключение, для него подбирается подходящий catch-обработчик. Таких обработчиков может быть несколько. Можно смотреть на них как на набор перегруженных функций от одного аргумента — объекта исключения. Выбирается первый подходящий по типу обработчик и выполняется его код. Если же ни один обработчик не подходит по типу, то исключение считается необработанным. В этом случае оно пробрасывается дальше по стеку — туда, откуда была вызвана текущая функция. А если обработчик не найдётся даже в функции main, то программа аварийно завершается.

Усложним немного наш пример, чтобы из функции ReadAge могли вылетать исключения разных типов. Сейчас мы проверяем только значение возраста, считая, что на вход поступило число. Но предположим, что поток ввода досрочно оборвался, или на входе была строка вместо числа. В таком случае конструкция std::cin >> age никак не изменит переменную age, а лишь возведёт специальный флаг ошибки в объекте std::cin. Наша переменная age останется непроинициализированной: в ней будет лежать неопределённый мусор. Можно было бы явно проверить этот флаг в объекте std::cin, но мы вместо этого включим режим генерации исключений при таких ошибках ввода:

int ReadAge() {
    std::cin.exceptions(std::istream::failbit);
    int age;
    std::cin >> age;
    if (age < 0 || age >= 128) {
        throw WrongAgeException(age);
    }
    return age;
}

Теперь ошибка чтения в операторе >> у потока ввода будет приводить к исключению типа std::istream::failure. Функция ReadAge его не обрабатывает. Поэтому такое исключение покинет пределы этой функции. Поймаем его в функции main:

int main() {
    try {
        age = ReadAge();  // может сгенерировать исключения разных типов
        // Работаем с возрастом age
    } catch (const WrongAgeException& ex) {
        std::cerr << "Age is not correct: " << ex.age << "n";
        return 1;
    } catch (const std::istream::failure& ex) {
        std::cerr << "Failed to read age: " << ex.what() << "n";
        return 1;
    } catch (...) {
        std::cerr << "Some other exceptionn";
        return 1;
    }
    // ...
}

При обработке мы воспользовались функцией ex.what у исключения типа std::istream::failure. Такие функции есть у всех исключений стандартной библиотеки: они возвращают текстовое описание ошибки.

Обратите внимание на третий catch с многоточием. Такой блок, если он присутствует, будет перехватывать любые исключения, не перехваченные ранее.

Исключения стандартной библиотеки

Функции и классы стандартной библиотеки в некоторых ситуациях генерируют исключения особых типов. Все такие типы выстроены в иерархию наследования от базового класса std::exception. Иерархия классов позволяет писать обработчик catch сразу на группу ошибок, которые представлены базовым классом: std::logic_error, std::runtime_error и т. д.

Вот несколько примеров:

1. Функция at у контейнеров std::array, std::vector и std::deque генерирует исключение std::out_of_range при некорректном индексе.

2. Аналогично, функция at у std::map, std::unordered_map и у соответствующих мультиконтейнеров генерирует исключение std::out_of_range при отсутствующем ключе.

3. Обращение к значению у пустого объекта std::optional приводит к исключению std::bad_optional_access.

4. Потоки ввода-вывода могут генерировать исключение std::ios_base::failure.

Исключения в конструкторах

В главе 3.1 мы написали класс Time. Этот класс должен был соблюдать инвариант на значение часов, минут и секунд: они должны были быть корректными. Если на вход конструктору класса Time передавались некорректные значения, мы приводили их к корректным, используя деление с остатком.

Более правильным было бы сгенерировать в конструкторе исключение. Таким образом мы бы явно передали сообщение об ошибке во внешнюю функцию, которая пыталась создать объект.

class Time {
private:
    int hours, minutes, seconds;

public:
    // Заведём класс для исключения и поместим его внутрь класса Time как в пространство имён
    class IncorrectTimeException {
    };

    Time::Time(int h, int m, int s) {
        if (s < 0 || s > 59 || m < 0 || m > 59 || h < 0 || h > 23) {
            throw IncorrectTimeException();
        }
        hours = h;
        minutes = m;
        seconds = s;
    }

    // ...
};

Генерировать исключения в конструкторах — совершенно нормальная практика. Однако не следует допускать, чтобы исключения покидали пределы деструкторов. Чтобы понять причины, посмотрим подробнее, что происходит при генерации исключения.

Свёртка стека

Вспомним класс Logger из предыдущей главы. Посмотрим, как он ведёт себя при возникновении исключения. Воспользуемся в этом примере стандартным базовым классом std::exception, чтобы не писать свой класс исключения.

#include <exception>
#include <iostream>

void f() {
    std::cout << "Welcome to f()!n";
    Logger x;
    // ...
    throw std::exception();  // в какой-то момент происходит исключение
}

int main() {
    try {
        Logger y;
        f();
    } catch (const std::exception&) {
        std::cout << "Something happened...n";
        return 1;
    }
}

Мы увидим такой вывод:

Logger(): 1
Welcome to f()!
Logger(): 2
~Logger(): 2
~Logger(): 1
Something happened...

Сначала создаётся объект y в блоке try. Затем мы входим в функцию f. В ней создаётся объект x. После этого происходит исключение. Мы должны досрочно покинуть функцию. В этот момент начинается свёртка стека (stack unwinding): вызываются деструкторы для всех созданных объектов в самой функции и в блоке try, как если бы они вышли из своей области видимости. Поэтому перед обработчиком исключения мы видим вызов деструктора объекта x, а затем — объекта y.

Аналогично, свёртка стека происходит и при генерации исключения в конструкторе. Напишем класс с полем Logger и сгенерируем нарочно исключение в его конструкторе:

#include <exception>
#include <iostream>

class C {
private:
    Logger x;

public:
    C() {
        std::cout << "C()n";
        Logger y;
        // ...
        throw std::exception();
    }

    ~C() {
        std::cout << "~C()n";
    }
};

int main() {
    try {
        C c;
    } catch (const std::exception&) {
        std::cout << "Something happened...n";
    }
}

Вывод программы:

Logger(): 1  // конструктор поля x
C()
Logger(): 2  // конструктор локальной переменной y
~Logger(): 2  // свёртка стека: деструктор y
~Logger(): 1  // свёртка стека: деструктор поля x
Something happened...

Заметим, что деструктор самого класса C не вызывается, так как объект в конструкторе не был создан.

Механизм свёртки стека гарантирует, что деструкторы для всех созданных автоматических объектов или полей класса в любом случае будут вызваны. Однако он полагается на важное свойство: деструкторы самих классов не должны генерировать исключений. Если исключение в деструкторе произойдёт в момент свёртки стека при обработке другого исключения, то программа аварийно завершится.

Пример с динамической памятью

Подчеркнём, что свёртка стека работает только с автоматическими объектами. В этом нет ничего удивительного: ведь за временем жизни объектов, созданных в динамической памяти, программист должен следить самостоятельно. Исключения вносят дополнительные сложности в ручное управление динамическими объектами:

void f() {
    Logger* ptr = new Logger();  // конструируем объект класса Logger в динамической памяти
    // ...
    g();  // вызываем какую-то функцию
    // ...
    delete ptr;  // вызываем деструктор и очищаем динамическую память
}

На первый взгляд кажется, что в этом коде нет ничего опасного: delete вызывается в конце функции. Однако функция g может сгенерировать исключение. Мы не перехватываем его в нашей функции f. Механизм свёртки уберёт со стека лишь сам указатель ptr, который является автоматической переменной примитивного типа. Однако он ничего не сможет сделать с объектом в памяти, на которую ссылается этот указатель. В логе мы увидим только вызов конструктора класса Logger, но не увидим вызова деструктора. Нам придётся обработать исключение вручную:

void f() {
    Logger* ptr = new Logger();
    // ...
    try {
        g();
    } catch (...) {  // ловим любое исключение
        delete ptr;  // вручную удаляем объект
        throw;  // перекидываем объект исключения дальше
    }
    // ...
    delete ptr;

}

Здесь мы перехватываем любое исключение и частично обрабатываем его, удаляя объект в динамической памяти. Затем мы прокидываем текущий объект исключения дальше с помощью оператора throw без аргументов.

Согласитесь, этот код очень далёк от совершенства. При непосредственной работе с объектами в динамической памяти нам приходится оборачивать в try/catch любую конструкцию, из которой может вылететь исключение. Понятно, что такой код чреват ошибками. В главе 3.6 мы узнаем, как с точки зрения C++ следует работать с такими ресурсами, как память.

Гарантии безопасности исключений

Предположим, что мы пишем свой класс-контейнер, похожий на двусвязный список. Наш контейнер позволяет добавлять элементы в хранилище и отдельно хранит количество элементов в некотором поле elementsCount. Один из инвариантов этого класса такой: значение elementsCount равно реальному числу элементов в хранилище.

Не вдаваясь в детали, давайте посмотрим, как могла бы выглядеть функция добавления элемента.

template <typename T>
class List {
private:
    struct Node {  // узел двусвязного списка
        T element;
        Node* prev = nullptr;  // предыдущий узел
        Node* next = nullptr;  // следующий узел
    };

    Node* first = nullptr;  // первый узел списка
    Node* last = nullptr;  // последний узел списка
    int elementsCount = 0;

public:
    // ...

    size_t Size() const {
        return elementsCount;
    }

    void PushBack(const T& elem) {
        ++elementsCount;

        // Конструируем в динамической памяти новой узел списка
        Node* node = new Node(elem, last, nullptr);

        // Связываем новый узел с остальными узлами
        if (last != nullptr) {
            last->next = node;
        } else {
            first = node;
        }
        last = node;
    }
};

Не будем здесь рассматривать другие функции класса — конструкторы, деструктор, оператор присваивания… Рассмотрим функцию PushBack. В ней могут произойти такие исключения:

1. Выражение new может сгенерировать исключение std::bad_alloc из-за нехватки памяти.

2. Конструктор копирования класса T может сгенерировать произвольное исключение. Этот конструктор вызывается при инициализации поля element создаваемого узла в конструкторе класса Node. В этом случае new ведёт себя как транзакция: выделенная перед этим динамическая память корректно вернётся системе.

Эти исключения не перехватываются в функции PushBack. Их может перехватить код, из которого PushBack вызывался:

#include <iostream>

class C;  // какой-то класс

int main() {
    List<C> data;
    C element;

    try {
        data.PushBack(element);
    } catch (...) {  // не получилось добавить элемент
        std::cout << data.Size() << "n";  // внезапно 1, а не 0
    }

    // работаем дальше с data
}

Наша функция PushBack сначала увеличивает счётчик элементов, а затем выполняет опасные операции. Если происходит исключение, то в классе List нарушается инвариант: значение счётчика elementsCount перестаёт соответствовать реальности. Можно сказать, что функция PushBack не даёт гарантий безопасности.

Всего выделяют четыре уровня гарантий безопасности исключений (exception safety guarantees):

1. Гарантия отсутствия сбоев. Функции с такими гарантиями вообще не выбрасывают исключений. Примерами могут служить правильно написанные деструктор и конструктор перемещения, а также константные функции вида Size.

2. Строгая гарантия безопасности. Исключение может возникнуть, но от этого объект нашего класса не поменяет состояние: количество элементов останется прежним, итераторы и ссылки не будут инвалидированы и т. д.

3. Базовая гарантия безопасности. При исключении состояние объекта может поменяться, но оно останется внутренне согласованным, то есть, инварианты будут соблюдаться.

4. Отсутсвие гарантий. Это довольно опасная категория: при возникновении исключений могут нарушаться инварианты.

Всегда стоит разрабатывать классы, обеспечивающие хотя бы базовую гарантию безопасности. При этом не всегда возможно эффективно обеспечить строгую гарантию.

Переместим в нашей функции PushBack изменение счётчика в конец:

    void PushBack(const T& elem) {
        Node* node = new Node(elem, last, nullptr);

        if (last != nullptr) {
            last->next = node;
        } else {
            first = node;
        }
        last = node;

        ++elementsCount;  // выполнится только если раньше не было исключений
    }

Теперь такая функция соответствует строгой гарантии безопасности.

В документации функций из классов стандартной библиотеки обычно указано, какой уровень гарантии они обеспечивают. Рассмотрим, например, гарантии безопасности класса std::vector.

• Деструктор, функции empty, size, capacity, а также clear предоставляют гарантию отсутствия сбоев.

• Функции push_back и resize предоставляют строгую гарантию.

• Функция insert предоставляет лишь базовую гарантию. Можно было бы сделать так, чтобы она предоставляла строгую гарантию, но за это пришлось бы заплатить её эффективностью: при вставке в середину вектора пришлось бы делать реаллокацию.

Функции класса, которые гарантируют отсутсвие сбоев, следует помечать ключевым словом noexcept:

class C {
public:
    void f() noexcept {
        // ...
    }
};

С одной стороны, эта подсказка позволяет компилятору генерировать более эффективный код. С другой — эффективно обрабатывать объекты таких классов в стандартных контейнерах. Например, std::vector<C> при реаллокации будет использовать конструктор перемещения класса C, если он помечен как noexcept. В противном случае будет использован конструктор копирования, который может быть менее эффективен, но зато позволит обеспечить строгую гарантию безопасности при реаллокации.