четверг, 1 августа 2013 г.

ПМО ИУС — Исключения

В то время, когда я учился, исключения уже как отдельное понятие существовали, но в нашем курсе они отсутствовали, а на практике в той среде, которую мы использовали (Borland C++ 3.11) они были, но реализация была ужасна — как с точки зрения производительности, так и с точки зрения количества подводных камней особенностей компилятора и как следствие, безопасности и удобства использования.

Постепенно пришли к схеме, когда понятие обработки исключительных ситуаций вообще не давалось на этапе изучения инкапсуляции, необходимо было обычными любыми средствами контролировать корректность состояния объектов классов (например любое адекватное поведение при передаче неверных параметров в методы классов). В дальнейшем, для осознания разницы, во время лабораторной по исключениям все эти действия должны были быть изменены на работу через исключения. Здесь мы сразу работаем на ощущение разницы, а также это дает положительный эффект в качестве переписывания библиотеки, изменения тестов и подключения новой версии в основной проект.

Кроме общего изучения механизмов исключений были сформулированы два дополнительных акцента: создание собственных классов исключений (опционно с задействованием std::exception), задействование исключений других библиотек (VCL C++Builder, другие библиотеки также могут использовать стратегию обработки исключительных ситуаций через исключения, и это мы понимаем и используем).

Удержание фокуса

Полный цикл как работает исключение — бросок; формирование объекта описывающего исключительную ситуацию; раскручивание стека; условие перехвата или не перехвата; обработка исключительной ситуации (передача информации в контекст catch, функциональная обработка; перехват только одного; выход из режима обработки исключительной ситуации).

Смысловое и функциональное значение своих классов исключений.

Подробности

Слайды.

Изначальное преподнесение проблемы — без описания чего либо с точки зрения исключений. В настоящее время понятие исключительной ситуации укоренилось и так и называется, раньше, до изобретения и распространения исключений проблема также существовала, но встречал её под названием «ошибочная ситуация», и для вынесения понятия исключения как слова из контекста использовал его.

Итак, ошибочная ситуация. Суть стартует с простейшего примера — необходимо написать функцию деления двух чисел A на B. Пример функции:

int
func( int a, int b )
{
    return a / b;
}

В данной функции, как и в любой другой, имеется две разных роли людей, участвующих в разработке. Один человек является пользователем функции, второй — её разработчиком. Между ними имеется соглашение с точки зрения интерфейса — пользователь обязан передать два параметра, разработчик должен посчитать и вернуть результат вычисления в виде числа.

С точки зрения обязательств все понятно. Однако здесь может получится так, что параметр B равен 0. В этом случае разработчик находится в затруднительном положении — он может понять и проанализировать, что B=0 (через if например), но этот случай не может быть обработан, так как возвращаемый функцией результат как число будет неверным. Если такое происходит (мы понимаем, что сами разрулить ситуацию не можем из-за особенностей функции или состояния системы, но делать что-то надо), то это называется ошибочной ситуацией.

Таких ситуаций может быть много: нам передали имя файла на обработку, а доступа к файлу нет; пытаемся подключится к БД, а в ответ непонятная ошибка; выполняем некоторое системное действие, а оно отрабатывает слишком долго. Основной задачей в разруливании ситуации является передача внешнему пользователю информации о том, что что-то произошло, по возможности с каким-либо описанием.

Для решения проблемы традиционно используется 4 метода, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки (сначала просто список как это работает, потом думаем что хорошего а что плохого в каждом из методов, а потом только раскрываются ответы):

Останов программы.
Останов в надежде, что придет человек и все решит. Человек действительно может все решить, но на это может потребоваться много времени. Резкий останов позволяет быстро диагностировать факт проблемы (останов не заметить крайне сложно) и заняться её устранением (fail-fast), но например в системах реального времени, от которых многое зависит (ПО на борту самолета), прийти и разобраться будет поздно. Кроме того, может получится так, что проблема на самом деле проста, и решить её можно программной логикой.
Вернуть что-то, как будто ничего не произошло.
Самый страшный способ. Внешний пользователь не сможет узнать, что система работает некорректно, соответственно ошибку сложнее будет обнаружить, из-за чего мы будем думать, что все в порядке, а на самом деле все плохо. Однако в крайне редких случаях, например когда нет другого способа, а система должна работать, это может применяться, но при этом надо отдавать себе отчет и пытаться сделать все возможное для диагностики (страшная запись в лог) и попытки решения проблемы.
Вернуть код ошибки (некоторое.
Традиционный способ обработки ошибочных ситуаций, встречающийся во многих системах нижнего уровня. Может быть обработан широкий спектр ошибок (с добавлением кодов в документацию). Однако у него есть ряд недостатков. Во-первых, не всегда можно вернуть код ошибки (как например в нашей функции делания A на B, нет ни одного зарезервированного значения для возврата кода ошибки). Во-вторых, в случае большого числа кодов ошибок и большой вложенности функций становится сложно все это сопровождать. Фактически каждая функция должна быть проверена на возвращаемое значение (вы часто проверяете возвращаемое значение printf?), и зачастую то не делается. А если делается, то код резко разрастается, и при этом логика обработки ошибок смешивается с бизнес-логикой приложения.
Вызвать некоторую общую функцию, которая решит все проблемы.
Общая функция — это логическая обработка, которая потенциально может все. Однако здесь есть ряд проблем: не каждую ошибочную ситуацию можно обработать; в больших системах такая функция начинает на себя брать все, а это ведет её разрастанию и глобализации (зависимость в случае сохранения внутреннего состояния функции; многопоточность и пр., очень похожее на синглтон и глобальные переменные), что череповато; не всегда есть возможность вызова такого рода функции из всех контекстов.

Как видим варианты решения есть, их много, и у каждого из них свои особенности.

И только теперь на сцену выходят исключения, которые представляют собой удобный механизм, позволяющий реализовывать любую из перечисленных стратегий или их комбинацию эффективно.

Исключения не всегда поддерживаются (например в низкоуровневом программировании или в случае использования экзотических компиляторов), но по умолчанию рекомендуется использовать именно исключения для обработки ошибочных ситуаций.

Рассмотрение аналогичного примера, только уже с использованием механизма исключений.

Разбор синтаксиса исключений.

Общая логика работы приложения при бросках исключений (создание объекта, описывающего исключительную ситуацию; бросок и перевод системы в состояние обработки исключительной ситуации; поиск блока, который может решить проблему; раскручивание стека; перехват или не перехват (останов); обработка исключительной ситуации и переход в обычный режим работы).

Обработка множественных catch (только один из, выбор сверху вниз по типу исключения).

Собственные классы исключений и их иерархии. Выбор блока обработки исключительной ситуации в случае иерархии исключений.

Повторная генерация (отсутствие копии и сохранение оригинала).

Исключения std::exception, их рекомендация к использованию, почему они не обязательные как в других языках (исторически), уже готовые стандартные, наследование от них.

Исключения C++ Builder как пример исключений со сторонних библиотек. Другие библиотеки также могут использовать исключения и соответственно их функции бросать их.

Пример создания собственного класса исключений и как это можно использовать.