C ++ 11で例外を処理する新機能

インターネットでは、C ++ 11の新機能であるauto、lambda、variadicテンプレートについて多くのことを話します。 しかし、どういうわけか、言語と標準ライブラリが提供する例外を扱う新しい機会をバイパスしました。



標準の以前のバージョンから、例外をスロー（スロー）するメカニズムがあり、例外を処理していることを確認し（std :: uncaught_exception）、例外が処理されなかった場合の停止メカニズムがありました。 std ::例外クラスに基づく標準例外の階層もあります。



新しい標準は、これらのものにいくつかのエンティティを追加します。これは、私の意見では、C ++の例外を使用して作業を大幅に簡素化できます。

exception_ptr

したがって、最初に遭遇する可能性があるのはstd :: exception_ptrです。 このタイプを使用すると、絶対にあらゆるタイプの例外を保存できます。 標準では、このタイプの取得方法は指定されていません。 typedefでも、クラスの実装でもかまいません。 その動作は、std :: shared_ptrの動作に似ています。つまり、コピーすることも、パラメーターとして渡すこともできますが、例外自体はコピーされません。 exception_ptrの主な目的は、例外を関数パラメーターとして送信することです;スレッド間で例外を渡すことが可能です。 したがって、このタイプのオブジェクトはエラー処理をより柔軟にします：

struct some_exception { explicit some_exception(int x): v(x) { std::cout << " int ctor" << std::endl; } some_exception(const some_exception & e): v(ev) { std::cout << " copy ctor" << std::endl; } int v; }; std::exception_ptr throwExceptionAndCaptureExceptionPtr() { std::exception_ptr currentException; try { const int throwValue = 10; std::cout << "throwing " << throwValue << "..." << std::endl; throw some_exception(throwValue); } catch (...) { currentException = std::current_exception(); } return currentException; } void rethrowException(std::exception_ptr ePtr) { try { if (ePtr) { std::rethrow_exception(ePtr); } } catch (const some_exception & e) { std::cout << "catched int value: " << ev << std::endl; } std::exception_ptr anotherExceptionPtr = ePtr; try { if (anotherExceptionPtr) { std::rethrow_exception(anotherExceptionPtr); } } catch (const some_exception & e) { std::cout << "catched int value: " << ev << std::endl; } } void checkMakeExceptionPtr() { std::exception_ptr currentException = std::make_exception_ptr(some_exception(20)); std::cout << "exception_ptr constructed" << std::endl; rethrowException(currentException); } void exceptionPtrSample() { rethrowException(throwExceptionAndCaptureExceptionPtr()); checkMakeExceptionPtr(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

exceptionPtrSample関数を実行して実行すると、次のようなものが表示されます。

10を投げる...

int ctor

キャッチされたint値：10

キャッチされたint値：10

int ctor

コピー俳優

コピー俳優

exception_ptrが構築されました

キャッチされたint値：20

キャッチされたint値：20

exception_ptrを便利に使用できるようにするために、いくつかの補助関数があります。

• current_exception-この関数はexception_ptrを返します。 catchブロック内にいる場合、exception_ptrを返します。これには、現在のスレッドで現在処理されている例外が含まれます。catchブロック外で呼び出すと、空のexception_ptrオブジェクトが返されます。
• rethrow_exception-この関数は、exception_ptrに含まれる例外をスローします。 入力パラメーターに例外（空のオブジェクト）が含まれていない場合、結果は未定義です。 この場合、msvcはstd :: bad_exceptionをスローし、gcc-4.7.2でコンパイルされたプログラムは予期せず終了します 。
• make_exception_ptr-この関数は、例外をスローせずにexception_ptrを構築できます。 その目的は、関数std :: make_shared-オブジェクトの構築に似ています。 その実行は、関数throwExceptionAndCaptureExceptionPtrに似ています。 gcc-4.7.2の実装では、make_exception_ptrはsome_exceptionオブジェクトのコピーを2つ作成します。

スレッド間で例外を渡す

exception_ptr型は、スレッド間で例外を渡す問題を解決するために特別に作成されたように思えるので、あるスレッドから別のスレッドに例外を渡す方法を考えてみましょう。

 void worker(std::promise<void> & p) { try { throw std::runtime_error("exception from thread"); } catch (...) { p.set_exception(std::current_exception()); } } void checkThreadAndException() { std::promise<void> p; auto result = p.get_future(); std::thread t(worker, ref(p)); t.detach(); try { result.get(); } catch (const std::runtime_error & e) { std::cout << "runtime error catched from async worker" << std::endl; } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

一般に、C ++ 11のマルチスレッドは広範なトピックであり、独自の微妙さ、ニュアンスがあり、個別に記述する必要があります。 例外を渡すためだけに、この例を見てみましょう。 ワーカー関数を別のスレッドで実行すると、この関数は例外をスローします。 promiseクラスのオブジェクトを使用すると、異なるスレッド間の通信を整理し、あるスレッドから別のスレッド（または例外）にアトミックに値を転送できます。 この例では、 set_exceptionメソッドを使用していますが、これはパラメーターとしてexception_ptrを取ります。 値を取得するために、 将来のクラスのオブジェクトを作成します-これが結果であり、 getメソッドを呼び出します。 オブジェクトtがデストラクタで破棄されると、joinable（）== falseであることが確認されるため、ストリームでdetachまたはjoinメソッドを呼び出す必要もあります。そうでない場合は、std :: terminateが呼び出されます。 ほとんどの場合、これはプログラマーが「スレッドを解放する」のではなく、常にそれらに従う（またはdetachメソッドを使用して明示的に解放する）ためです。



それとは別に、gcc-4.7でのマルチスレッドの使用について言及する価値があります。 最初は、この例は私にとっては機能しませんでした（例外をスローします）、グーグルで、std :: threadを使用するには-pthreadフラグをリンカーに渡す必要があることがわかりました。 私はCMakeをビルドシステムとして使用しているため、このタスクは単純化されています（異なるプラットフォームでgccを使用する場合、たとえばsparc solarisで-threadフラグを使用すると複雑になる場合があります）-この問題を解決する特別なThreads CMakeモジュールがあります：

find_package（必要なスレッド）

＃...

target_link_libraries（cxx_exceptions $ {CMAKE_THREAD_LIBS_INIT}）

入れ子の例外

名前が示すように、このメカニズムを使用すると、スローされた例外に他の例外（以前にスローされた可能性がある）を「付加」できます。 たとえば、独自の例外の階層がある場合、すべての「サードパーティ」例外をキャッチし、それらを例外に添付し、例外を処理するときに追加を導出できます。 それらに「添付」されている情報（たとえば、デバッグ中に、サードパーティの例外に関する情報を出力できます）。 ネストされた例外を使用する良い例がcppreference.comにあります。私の例は部分的に重複しています：

 struct third_party_exception { explicit third_party_exception(int e) : code(e) { } int code; }; void third_party_worker() { throw third_party_exception(100); } class our_exception : public std::runtime_error { public: our_exception(const std::string & e) : std::runtime_error("our error: " + e) { } }; void ourWorker() { try { third_party_worker(); } catch (...) { throw_with_nested(our_exception("worker failed")); } } void exceptionHandler(const our_exception & e, bool catchNested) { std::cerr << "our exception catched: " << e.what(); if (catchNested) { try { rethrow_if_nested(e); } catch (const third_party_exception & e) { std::cerr << ", low level reason is: " << e.code; } } std::cerr << std::endl; } void exceptionProcessing() { try { ourWorker(); } catch (const our_exception & e) { exceptionHandler(e, false); } try { ourWorker(); } catch (const our_exception & e) { exceptionHandler(e, true); } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そのため、例外をスローするサードパーティ関数があり、「サードパーティ」例外をキャッチするアダプタを作成できます。アダプタの1つは「例外」を作成します。third_party_workerとourWorkerはそれぞれ「サードパーティ」関数と「私たち」関数として機能します。 すべての例外をキャッチし、（our_exception）例外をスローすると同時に、いくつかの（原則として、どのサードパーティの例外が添付されているかもわからない場合があります）。 その後、私たちはすでに例外に取り組んでいます。 さらに、「下位」レベルで何が起こったのかについてより詳細な情報が必要な場合は、常にrethrow_if_nested関数を呼び出すことができます。 この関数は、フックされた（ネストされた）例外がスローされたかどうかを分析し、スローされた場合、このネストされた例外をスローします。 exceptionHandler関数は、「私たちの」例外と、サードパーティの例外に関する情報の出力を許可または禁止する追加のフラグを受け入れます。 たとえば、構成ファイル（またはアセンブリによってはリリース、デバッグ）からcatchNestedパラメーターを制御することにより、サードパーティの例外の出力を制御できます。



ネストされた例外を処理するには、1つのクラスと2つの関数があります。

• nested_exception-このクラスは、 std :: throw_with_nested関数を呼び出すときにスローするオブジェクトと「混合」します。このクラスでは、 nested_ptrメソッドを使用して、ネストされた例外（exception_ptr）を返すこともできます。 また、このクラスには、ネストされた例外をスローするrethrow_nestedメソッドがあります
• throw_with_nested-このテンプレート関数は、あるタイプのオブジェクトを取り（ InputTypeと呼びましょう）、std :: nested_exceptionとInputTypeの子孫であるオブジェクトをスローします（gccからの実装では、nested_exceptionとInputTypeから継承するテンプレートタイプです）。 したがって、タイプのオブジェクトとnested_exceptionタイプのオブジェクトの両方をキャッチし、その後のみnested_ptrメソッドを介してタイプを取得できます。
• rethrow_if_nested-この関数は、オブジェクトにネストされた例外があるかどうかを判断し、ある場合はスローします。 実装はdynamic_castを使用して継承を決定できます

原則として、ネストされた例外メカニズムは非常に興味深いものですが、実装は非常に簡単ですが、前述の関数current_exceptionおよびrethrow_exceptionを使用して自分で行うことができます。 同じgcc実装では、 nested_exceptionクラスには、 current_exception関数を使用してコンストラクターで初期化されるタイプexception_ptrの 1つのフィールドが含まれ、 rethrow_nestedメソッド実装は単にrethrow_exception関数を呼び出します。

仕様を除く

このメカニズムは、拡張された（現在は廃止された）throw（）メカニズムと見なすことができます。 以前のように、その主な目的は、関数が例外をスローしないことを保証することです（保証に違反した場合、std :: terminateが呼び出されます）。



このメカニズムは、古いthrow（）と同様に2つの方法で使用されます

 void func() noexcept { //... }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そして、新しい形式で：

 void func() noexcept(boolean_expression_known_at_compile_time) { //... }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

さらに、式の値がtrueとして計算される場合、関数はnoexceptとしてマークされます。それ以外の場合、そのような保証はありません。

対応するnoexcept（式）演算子もあります。これもコンパイル時に実行され、式が例外をスローしない場合、この演算子はtrueを返します。

 void noexceptSample() { cout << "noexcept int(): " << noexcept(int()) << endl; cout << "noexcept vector<int>(): " << noexcept(vector<int>()) << endl; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

gcc-4.7.2のこのコードは以下を表示します。

noexcept int（）：1

noexcept vector <int>（）：0

ここで、int intのコンストラクターは例外をスローせず、vectorのコンストラクターはスローできる（noexceptとしてマークされていない）ことがわかります。

これはテンプレートメタプログラミングで使用すると便利です。この演算子を使用して、テンプレートパラメータに応じてnoexceptまたはnotとしてマークできるテンプレート関数を作成できます。

 template <typename InputTypeT> void func() noexcept(noexcept(InputTypeT())) { InputTypeT var; /// do smth with var std::cout << "func called, object size: " << sizeof(var) << std::endl; } void noexceptSample() { std::cout << "noexcept int(): " << noexcept(int()) << std::endl; std::cout << "noexcept vector<int>(): " << noexcept(std::vector<int>()) << std::endl << std::endl; /// @note function is not actually called std::cout << "noexcept func<int>: " << noexcept(func<int>()) << std::endl; std::cout << "noexcept func<vector<int>>: " << noexcept(func<std::vector<int>>()) << std::endl; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

この例の出力：

noexcept int（）：1

noexcept vector <int>（）：0



noexcept func <int>：1

noexcept func <vector <int >>：0

まとめ

C ++ 11標準はエラー処理に多くをもたらしました。もちろん、ここでの重要な機能はexception_ptrであり、任意の例外を通常のオブジェクトとして渡す機能です（関数では、スレッド間で例外を渡します）。 以前は、すべてのスレッドですべての例外に対して分岐するtry ... catchを記述する必要があり、この機能はtry ... catchコードの量を大幅に最小化しました。



ネストされた例外を作成することもできましたが、原則として、boostライブラリにはboost :: exceptionメカニズムがあり、オブジェクトに任意のデータ（エラーコード、メッセージなど）を添付できますが、例外内で任意のデータを渡すことで他の問題を解決します。



最後に、コードが例外をスローしないことを保証する必要がある場合 、特にnoexceptがあります 。特に、標準ライブラリの多くの部分がこのメカニズムを使用しています。



いつものように、すべての例はgithubに投稿されています



更新1.名前空間stdを使用した例から削除され、標準ライブラリに属する​​エンティティとそうでないエンティティを確認できるようになりました。