13. Обработка на изключения

План:
Обработка на грешки
Изхвърляне на изключения
Прихващане на изключения
Развиване на стека
Спецификации на изключенията

*** Обработка на грешки

До сега за обработка на грешки - Макрос assert.
 Как да се обработват (логически) грешки, възникващи във функция или клас?

Пример: Да се пресметне стойността на влог с начална сума 1000 лв. след 10 години с годишната лихва да е p%.  Да се използва се формулата за пресмятане на сложна лихва.  (Функции I)
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  double b = initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
   return b;
}
cout << future_value(1000, -100, -1);

** Не се проверяват условия за грешки и се изпълнява програмата. 
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}
** Проверяват се условията за грешка, не се прави нищо в случай на грешка (връща се фалшива стойност).
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  if (p < 0 || n < 0) return 0;
   return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}
** Проверяват се условията за грешка, съобщава се за грешката и се спира изпълнението на програмата. 
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  assert(p >= 0 && n >= 0);
   return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}
Въникващи проблеми:
** Ако не се прави проверка за грешка, програмата е ненадеждна.
** Ако се върне фалшива стойност, програмата продължава да използва стойността - никой не знае къде и каква е грешката.
** Много реални програми не могат да бъдат спирани като тези, които управляват ракета, самолет или медицинско устройство.

*** Изхвърляне на изключения

 C++ има механизъм за уведомяване и обработка на изключения.
Когато дадена функция открие грешка, тя може да сигнализира за това  състояние (изхвърли изключение) към някоя друга част на програмата, чиято работа е да обработва грешки.  
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  if (p < 0 || n < 0)
   {  logic_error description("illegal future_value parameter");
      throw description;
   }
   return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}
Може да не се задава име на обекта за обработка на изключения:
double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{ if (p < 0 || n < 0)
    throw logic_error("illegal future_value parameter");
 return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}
logic_error е стандартен клас за изключения, който е дефиниран в заглавния файл  stdexcept.
Ключовата дума throw показва, че изпълнението на функциятя спира незабавно, но управлението не се връща на извикващата функция, а се търси частта от програмата за обработка на изключения.

*** Прихващане на изключения
try
{
   // code
}
catch (logic_error& e)
{
   // handler
}
Ако някоя от функциите в блока try изхвърли изключение logic_error, или вика друга функция, която изхвърля такова изключение, блокът на catch(logic_error) се изпълнява веднага.
while (more)
{  try 
   {
      // code
   }
   catch (logic_error& e)
   {  cout << "A logic error has occurred "
           << e.what() << "\n";
      ........
   }
}
Член-функцията what от класа logic_error връща низа, който е зададен като параметър при конструиране на обекта в оператора throw.

try
{
 statements 
}
catch (type_name1 variable_name1)
{
 statements
}
catch (type_name2 variable_name2)
{
 statements
}
...
catch (type_namen variable_namen)
{
 statements
}
Пример: 
try
{
 double fvalue = future_value(init, interest, years); 
 cout << "The future value is " << fvalue << endl;
}
catch(logic_error& e)
{
 cout << "Processing error " << e.what() << "\n";
}

//exception1.cpp
 #include <iostream>
 #include <stdexcept>
 #include <cmath>
using namespace std;

double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{
    if (p < 0 || n < 0)
    { logic_error description("illegal future_value parameter");
        throw description;
    }
    return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}

int main()
{
    bool more = true;
    while (more)
    {
        double init, interest;
        int years;
        cout << "Enter initial value, interest and years: ";
        cin >> init >> interest >> years;

        try
        {
            double fvalue = future_value(init, interest, years);
            cout << "The future value is " << fvalue << endl;
        }
        catch (logic_error& e)
            {
                cout << "A logic error has occurred " << e.what() << "\n";
            }
            cout << "Retry? (y/n)";
        char input;
        cin >> input;
        if (input == 'n') more = false;
}
     return 0;
}
nkirov@cpp % c++ exception1.cpp
nkirov@cpp % ./a.out
Enter initial value, interest and years: 100 10 2
The future value is 121
Retry? (y/n)y
Enter initial value, interest and years: 100 -10 3
A logic error has occurred illegal future_value parameter
Retry? (y/n)n
nkirov@cpp %

Добре е всяко изключение да се дефинира като отделен клас.

Пример:
class FutureValueError : public logic_error {
public:
   FutureValueError(const char reason[]);
};

FutureValueError::FutureValueError(const char reason[])
   : logic_error(reason){}
Функцията future_value може да изхвърли FutureValueError  обект:
if (p < 0 || n < 0)
   throw FutureValueError("illegal parameter");
Тъй като FutureValueError  е  logic_error (наследяване), то това изключение може да се прихване от catch(logic_error& e).

Разбира се, може да построим и специално за него catch блок:
try
{
   // code
}
catch (FutureValueError& e)
{
   // handler1
} 
catch (logic_error& e)
{
   // handler2
}
В този случай ще се изпълни само първия catch блок.
// exception2.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <cmath>
using namespace std;
 
class FutureValueError : public logic_error {
public:
   FutureValueError(const char reason[]);
};

FutureValueError::FutureValueError(const char reason[])
   : logic_error(reason){}

double future_value(double initial_balance, double p, int n)
{  if (p < 0 || n < 0)
     throw FutureValueError("illegal future_value parameter");
   return initial_balance * pow(1 + p / 100, n);
}

void read(double& init, double& interest, int& years)
{  cout << "Enter initial value, interest and years: ";
   cin >> init >> interest >> years;
   if (years > 100) throw logic_error("too many years!");
   cout << init << " " << interest << " " << years << endl;
}

int main()
{  bool more = true;
   while (more)
    {  double init, interest;
       int years;
       try
       {  read(init, interest, years);
          double fvalue = future_value(init, interest, years); 
          cout << "The future value is " << fvalue << endl;  
       }
       /**/
       catch (FutureValueError& e)
       {  cout << "A FutureValueError has occurred: "
               << e.what() << "\n";
       } 
       /**/      
       catch (logic_error& e)
       {  cout << "A logic error has occurred: "
               << e.what() << "\n";
       }       
       cout << "Retry? (y/n)";
       char input;
       cin >> input;
       if (input == 'n') more = false;
    } 
    return 0;
 }
nkirov@cpp % c++ exception2.cpp
nkirov@cpp % ./a.out
Enter initial value, interest and years: 100 10 2
100 10 2
The future value is 121
Retry? (y/n)y
Enter initial value, interest and years: 100 -10 2
100 -10 2
A FutureValueError has occurred: illegal future_value parameter
Retry? (y/n)y
Enter initial value, interest and years: 100 10 200
A logic error has occurred: too many years!
Retry? (y/n)n
nkirov@cpp %

*** Развиване на стека

 Често механизмът за обработка на изключения се прилага при вход на данни.
Пример: (product2.cpp).
bool Product::read(fstream& fs)
{  getline(fs, name);
   if (name == "") return false; // end of file
   fs >> price >> score;
   if (fs.fail())
      throw runtime_error("Error while reading product");
   string remainder;
   getline(fs, remainder);
   return true;
}
Когато възникне логическа грешка, няма смисъл да се повтори същата операция, но при runtime_error има шанс да се повтори операцията и грешката да се избегне.
Има съществена разлика при обработката на край на файла (return) и грешка при входа (throw).

Йерархията на стандартните класове за обработка на изключения е следната:


Нека имаме следната функция (bestval2.cpp):
void process_products(fstream& fs)
{  vector<Product> products;
   bool more = true;
   while (more)
   {  Product p;
      if (p.read(fs)) products.push_back(p);
      else more = false;
   }
   // do something with products
}
Когато функцията read изхвърли изключение, функцията process_products прекъсва и механизмът за обработка на изключения търси подходящ catch блок.
При прекъсването се изпълняват всички деструктори на локалните обекти.
В случая обектът  products (от класа  vector) ще бъде унищожен.
Когато имаме указатели, трябва да се погрижим за унищожаването на обектите в динамичната памет.

Пример:
Product* p = new Product();
if (p->read())
{
   ...
}
delete p; // never executes if read throws an exception
Този код генерира "memory leak", ако функцията read изхвърли изключение (виж product1.cpp).
В такъв случай може да се използва следната конструкция:
Product* p = NULL;
try
{  p = new Product();
   if (p->read())
   {
      ...
   }
   delete p;
}
catch(...)
{  delete p;
   throw;
}
Блокът catch(...) обработва всяко изключение, а операторът throw  без обект изпраща изключението да се обработва от друг catch блок.

// product2.cpp
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <stdexcept>
#include <vector>
using namespace std;
 
class Product {
   public:
       Product();
       bool read(istream& fs);
       void print() const;
   private:
       string name;
       double price;
       int score;
};   

Product::Product()
{ price = 0;
  score = 0;               
}

bool Product::read(istream& fs)
{  cout << "Product: ";
   getline(fs, name);
   if (name == "") return false; // end of file
   fs >> price >> score;
   if (fs.fail())
      throw runtime_error("Error while reading product");
   string remainder;
   getline(fs, remainder);  
   return true;
}

void Product::print() const
{ cout << name << " " << price << " " << score << endl;
}
 
void process_products(istream& fs)
{  vector<Product*> products;
   bool more = true;
   while (more)
   {  Product* p = new Product;
      try
      {  if (p->read(fs)) products.push_back(p);
         else more = false;
      }  
      catch(runtime_error& r)           // runtime_error& r)
      {  cout << "1. " << r.what() << endl;
         for (int i = 0; i < products.size(); i++)
                                delete products[i];
         throw;                      
         return;                                                                    
      }                    
    }    
   /* processing products */      
  
   cout << "Print:" << endl;
   for (int i = 0; i < products.size(); i++)
   {  products[i]->print();
      delete products[i];
   }     
}

 int main()
 {  try
    {  process_products(cin);
    }
    catch(runtime_error& r)              // runtime_error& r)
    { cout << "2. " << r.what() << endl;               
    }                       
    return 0;
 }
nkirov@cpp % c++ product2.cpp
nkirov@Kcpp % ./a.out
Product: ABC
1000 20
Product: ZDR
2000 AA
1. Error while reading product
2. Error while reading product
nkirov@cpp %


*** Спецификации на изключенията

При дефинирането на функция, можем да определим кои изключения може да изхвърля (да пропуска) функцията.
Например:
void process_products(fstream& fs)
     throw (UnexpectedEndOfFile, bad_alloc)
означава, че само зададените две изключения са позволени на тази функция. 
void process_products(fstream& fs)
     throw ()
задава забрана за всички изключения, а липса на throw означава разрешение за изключения от всеки тип.

Пример: exept.cpp

ff1
f
2. 22

Stroustrup's example:

// strous.cpp.
#include <iostream>
using namespace std;

class Vector {
public:
   enum { max = 32000 };
   class Range {
   public:
      int index;
      Range(int i): index(i){}
   };
   class Size {};
   Vector(int);
   int &operator[](int);
private:
   int *p;
   int sz;
};

void f();

int main()
{ cout << "begin main()\n";
  f();
  cout << "end main()\n";
  return 0;
}

Vector::Vector(int s)
{ cout << "Vector::Vector\n";
  if (s < 0 || s > max) throw Size();
  sz = s;
  p = new int[sz];
}

int& Vector::operator[](int i)
{ cout << "Vector::operator[](int)\n";
  if (i > 0 && i < sz) return p[i];
  throw Range(i); }

void use_vectors()
{ cout << "use_vectors()\n";
  Vector v(-10);
  for (int i = 9; i < 12; i++)
  { v[i] = i*i;
    cout << v[i] << " ";
  }
  Vector vbad(-10);
  cout << "BAD\n";
}

void f()
{ cout << "begin f()\n";
  try
  { use_vectors();
  }
  catch (Vector::Range r)
  { cout << "Index " << r.index << " out of range!\n";
    exit(99);
  }
  catch (Vector::Size)
  { cout << "ERROR in the constructor Vector::Size\n";
    exit(99);
  }
  cout << "end f()\n";
}
nkirov@cpp % c++ strous.cpp
nkirov@cpp % ./a.out
begin main()
begin f()
use_vectors()
Vector::Vector
ERROR in the constructor Vector::Size
nkirov@cpp %