§ 3.2. Общие принципы обработки исключений
По мере выполнения программы ее нормальная работа по различным причинам
может нарушаться. В частности, это может быть связано с тем, что центральный процес-
сор наталкивается на недопустимый адрес памяти, пользователь прерывает выполнение
программы комбинацией "горячих" клавиш [Ctrl+C], отладчик произвольным образом
останавливает программу и запускает ее вновь; ошибка может быть связана и с вводом
неправильного значения при выполнении операции с плавающей запятой. Эти и другие
исключительные ситуации способны возникать как на пользовательском уровне, так и
на уровне ядра операционной системы, как в RISC-процессорах, так и в процессорах
Intel. О возникновении подобных ситуаций может сигнализировать и аппаратное, и про-
граммное обеспечение. Любой язык программирования должен содержать средства об-
работки исключений для унификации процесса обработки, выполняемой в различных
ситуациях. Windows включает встроенные низкоуровневые механизмы структурирован-
ной обработки исключений [12].
Исключения в значительной степени аналогичны прерываниям. В первую очередь
тем, что оба сигнала заставляют центральный процессор передать управление специаль-
ной части операционной системы. Однако исключения и прерывания - это не одно и то
же. Прерывания происходят асинхронно, часто в результате определенных аппаратных
событий, например нажатий клавиш или поступления данных через последовательный
порт. Программа не имеет возможности контролировать такие прерывания, и они могут
происходить в любой момент. С другой стороны, исключения возникают синхронно, как
результат выполнения определенных операторов программы. Исключения часто служат
сигналом, свидетельствующим о наличии ошибочных условий. Обычно они воспроиз-
водятся путем повторного запуска программы с тем же контекстом.
Исключения часто генерируются в том случае, если какая-то часть программы об-
наруживает ошибку, но не может обработать ее самостоятельно. Так, система генериру-
ет исключение в ответ на ошибки доступа к памяти и ошибки типа деления на ноль. Од-
нако не все исключения порождаются ошибочными ситуациями. Windows генерирует
специальное исключение для вызова определенного системного сервиса. При обработке
этого исключения ядро передает управление той части операционной системы, которая
предоставляет запрашиваемый сервис.
Любое порожденное исключение должно быть обработано если не самой програм-
мой, то операционной системой, а точнее, должна откликнуться определенная подпро-
грамма, которая обработает и снимет исключение. Следовательно, обработка исключе-
ний заключается в создании специальных блоков программного кода, которые
запускаются при возникновении исключительных ситуаций. Каждое приложение долж-
но содержать несколько маленьких обработчиков, защищающих различные части про-
граммы от всевозможных исключений.
В процессе поиска соответствующего блока программного кода, предназначенного
для конкретной исключительной ситуации, система сначала просматривает текущую
процедуру, затем возвращается назад по стеку вызовов, просматривает другие активные
отложенные процедуры того же процесса и, наконец, переходит к системным обработ-
чикам исключений. Если процесс, породивший исключение, находится под защитой от-
ладчика, последний также получает шанс обработать исключение.
Средства обработки ошибок в различных подсистемах и языках программирования
несколько отличаются друг от друга. Например, WOW-подсистема (Windows on Win32 -
защищенная подсистема, выполняющаяся внутри процесса виртуальной DOS-машины)
должна обрабатывать все исключения непосредственно, поскольку клиенты Winl6 не
имеют возможности делать это самостоятельно. Кроме того, в различных языках про-
85
граммирования может сильно различаться синтаксис операторов обработки исключений.
Термин структурированная обработка исключений подразумевает, что язык содержит
определенную управляющую структуру, связанную с исключениями.
Программисты, впервые столкнувшиеся с проблемой структурированной обработ-
ки исключений, часто ошибочно полагают, что больше нет необходимости проверять
код завершения каждой команды. На самом деле, ошибка - это далеко не то же самое,
что исключение. Функция может завершиться без генерации исключения. Рассмотрим в
качестве примера следующие строки программного кода, реализованного на API-
функциях для ОС Windows:
hBrush = CreateSolidBrush( RGB(255, 0, 0) ) ;
hOldBrush = SelectObject( hDC, hBrush );
Rectangle ( hDC, 0, 0, 100, 100 );
Если первая команда выполняется некорректно и возвращает для создаваемой кис-
ти значение NULL, то функция SelectObject() также не может быть выполнена. Третья
команда все же рисует прямоугольник, однако закрашивает его не тем цветом, который
нужен. Исключения при этом не генерируются. Единственный способ защиты от подоб-
ных ошибок заключается в проверке возвращаемого значения. Вот еще один пример:
HANDLE hMemory;
char *pData;
hMemory =GlobalAlloc( GHND, 1000 );
pData = (char *)GlobalLock( hMemory );
В случае возникновения ошибки, связанной с выделением памяти, переменная
hMemory принимает значение NULL, функция GlobalLock() не выполняется и перемен-
ная pData также получает значение NULL. Однако ни одна из этих ошибок не порождает
исключения. Но следующая строка программного кода при попытке произвести запись
по неправильному адресу генерирует исключение:
pData[0] = "а";
// порождает исключение, если pData = NULL
Исключение представляет собой разновидность ошибки, которая не может быть
обработана самой командой. Если функция GlobalAlloc не обнаруживает достаточно
места, для своего выполнения, она просто возвращает значение NULL. Но если операто-
ру присваивания некуда передавать значение, он не выполняет никаких действий и даже
не возвращает код ошибки. При этом порождается исключение, и если процесс не может
его обработать, операционная система должна закрыть данный процесс.
Часто бывает трудно провести черту между ошибками и исключениями. Различие
между ними порой зависит от конкретной реализации. Для того чтобы распознавать ко-
манды, которые могут порождать исключения, необходимо иметь некоторый опыт. Вы
должны знать всевозможные типы исключений и быть в состоянии определить, какие
операции могут их породить. Например, ошибка в операторе присваивания приводит к
исключению типа нарушение прав доступа. Список возможных исключений обычно
изменяется в зависимости от конкретною компьютера, однако имеется ряд исключений,
которые определяются на уровне ядра Windows [12]:
• несоответствие типов данных (data-type misalignment);
• прерывание отладчика (debugger breakpoint);
• пошаговая отладка (debugger single-step);
• деление на ноль в операции с плавающей запятой (floating-point divide by zero);
86
• переполнение и потеря разрядов в операции с плавающей запятой (floating-point
overflow and underflow);
• зарезервированный операнд в операции с плавающей запятой (floating-point reserved
operand);
• нарушение защиты страницы (guard-page violation);
• недопустимый оператор (illegal instruction);
• деление на ноль в операции с целыми числами (integer divide by zero);
• переполнение в операции с целыми числами (integer overflow);
• нарушение прав доступа к памяти (memory-access violation);
• ошибка чтения страницы (page-read error);
• превышение квоты страничного файла (paging file quota exceeded);
• привилегированный оператор (privileged instruction).
Тип возникшего исключения можно определить, используя функцию DWORD Ge-
tExceptionCode(void). Функция возвращает код исключения. В таблице 3.1 приведены
наименования основных кодов.
Таблица 3.1
EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION
EXCEPTION_FLT_DIVIDE_BY_ZERO
EXCEPTION_INT_DIVIDE_BY_ZERO
EXCEPTION_INT_OVERFLOW
EXCEPTION_PRIV_INSTRUCTION
Попытка обращения к ячейке памяти,
доступ к которой запрещен (например,
память не выделена)
Деление на ноль с плавающей точкой
Деление на ноль с фиксированной точкой
Целочисленное переполнение
Попытка исполнения привилегированной
команды
§ 3.3. Средства обработки исключений в Visual C++
Блок программного кода на языке С++ всегда должен начинаться ключевыми сло-
вами try и catch. Блок try помечает фрагмент программы, который может породить ис-
ключение, а блок catch содержит программу, запускающуюся при наличии исключения.
С точки зрения программиста, подобные синтаксические структуры удобны для отделе-
ния программного кода, предназначенного для обработки исключительных ситуаций, от
кода, выполняющего обычные задачи. В Visual C++ реализован механизм обработки
исключений, который основан на схеме, предложенной ANSI-комитетом по стандарти-
зации языка C++. В соответствии с этой схемой, перед вызовом функции, которая может
стать причиной возникновения исключительной ситуации, должен быть инициирован
обработчик исключений. Если функция приводит к возникновению ненормальной си-
туации, генерируется исключение и управление передается обработчику.
В среде Visual C++ обработка исключений поддерживается с помощью нескольких
механизмов:
• функций, обеспечивающих структурированную обработку исключений;
• классов, отвечающих за обработку определенных типов исключений;
• макрокоманд, позволяющих осуществить структуризацию обработчиков исключений
приложения;
• функций, предназначенных для генерации исключений различных типов.
Все эти механизмы позволяют генерировать исключения нужных типов и при не-
обходимости прекращать выполнение программы.
Как уже было сказано выше, основу любого механизма обработки исключений в
среде Visual C++ составляют операторы try и catch. Структура try/catch отделяет подпро-
87
грамму обработки исключения от программного кода, который выполняется в нормаль-
ных ситуациях.
try
{
}
// начало блока try
<операторы основной программы>
// код, в котором могут
// генерироваться исключения
catch( <фильтр> ) // начало блока обработки исключений
{
<код подпрограммы обработки исключений> // код, который выполняется
// при наличии исключения
}
В любой своей реализации механизм структурированной обработки исключений
связывает блок защищаемого программного кода с подпрограммой обработки исключе-
ний. Если исключение происходит при выполнении защищаемого блока, управление пе-
редается фильтрующему выражению. Последнее обычно определяет тип исключения и
принимает решение о том, как продолжать его обработку. Исключения, прошедшие че-
рез фильтр, поступают в подпрограмму-обработчик. Если фильтр блокирует исключе-
ние, подпрограмма-обработчик не вызывается и система продолжает поиск процедуры,
которая возьмет на себя обработку этого исключения.
Фильтрующее выражение может быть достаточно сложным. При необходимости
оно может даже вызывать отдельную функцию. Иногда фильтр сам выполняет обработ-
ку исключения, вследствие чего блок catch остается пустым. Во многих случаях для об-
работки исключительных ситуаций применяются MFC-класс CException и производные
от него классы. Каждый из классов этой группы предназначен для обработки опреде-
ленных типов исключений (таблица 3.2).
Таблица 3.2
Класс
CMemoryException
Описание
Исключение, вызванное нехваткой памяти
CNotSupportedException Запрос недопустимой операции
CArchiveException
CFileException
CResourceException
COleException
CDBException
COleDispatchException
CUserException
CDaoException
CInternetException
Исключение при работе с архивами
Исключение при выполнении операций с файлами
Ресурс не обнаружен или не может быть создан
OLE-исключение
Исключение, возникающее при выполнении операций с база-
ми данных; генерируется ODBC-классами библиотеки MFC
Ошибка диспетчеризации (OLE-автоматизации)
Исключение, связанное с невозможностью найти заданный
ресурс
Исключение, возникающее при работе с объектами доступа к
данным (Data Access Object, DAO); генерируется DАО-
классами библиотеки MFC
Исключение, связанное с работой в Internet; генерируется
Internet-классами библиотеки MFC
Эти исключения предназначены для использования в блоках try/catch. Обычно ка-
ждый производный класс служит для перехвата исключений определенного типа, но
можно сначала использовать класс CException, предназначенный для перехвата исклю-
чений всех типов, а затем - метод CObject::IsKindOf(), определяющий тип исключения (и
88
соответствующий производный класс). Однако не следует забывать, что метод COb-
ject::IsKindOf() применим только к тем классам, которые были объявлены с помощью
макрокоманды IMPLEMENT_DYNAMIC, разрешающей динамическую проверку типов.
При объявлении всех классов, производных от класса CException, также необходимо ис-
пользовать эту макрокоманду.
Для получения (подробной информации об исключении любого из классов, произ-
водных от CException, можно воспользоваться функциями GetErrorMessage() и ReportEr-
ror().
В ответ на исключение система обычно пытается сначала запустить фильтр исклю-
чений, а затем - подпрограмму-обработчик. Однако вы можете реализовать обработку
нескольких различных исключений, организовав последовательность блоков catch, как
показано в следующем фрагменте:
try
{
}
...
// блок программы, порождающий исключение
catch ( CMemoryException *e )
{
...
}
catch ( CFileException *e )
{
...
}
catch( CArchiveException *e )
{
...
}
// исключение типа нехватки памяти
// исключение при выполнении операции с файлом
// исключение при выполнении
//архивации/сериализации
catch( CNotSupportedException *е )// отклик на запрос
{
}
...
// сервиса, который не поддерживается
catch( CResourceException *e )
{
...
}
// исключение при выделении ресурса
catch( CDaoException *e ) // исключение при обращении к базе данных (DАО-классы)
{
...
} catch ( CDBException *e ) // исключение при обращении к базе данных (ODBC-классы)
{
...
}
catch( COleException *e )
{
...
}
// OLE-исключения
catch ( COleDispatchException *e ) // исключение при выполнении диспетчеризации
// (OLE-автоматизации)
89
{
}
...
catch( CUserException *e )
{
...
}
catch( CException *e )
{
...
}
catch (...)
{
...
}
// пользовательское исключение
// данный блок должен следовать после
// предыдущих блоков,
// иначе компилятор выдаст код ошибки
// перехват всех исключений!!!
В этом примере все классы, производные от класса CException, включены в блоки
catch. Поскольку CException представляет собой абстрактный базовый класс, вы не мо-
жете напрямую создавать производные от него классы - пользовательские классы могут
быть порождены только от классов, производных от CException. Если вы хотите создать
собственное исключение типа CException, воспользуйтесь в качестве модели одним из
производных классов. Кроме того, при создании производного класса необходимо ука-
зать макрокоманду IMPLEMENT_DYNAMIC, организующую поддержку динамической
проверки типов.
Наряду с тем, что вы можете явно указать производные от CException классы в
операторах catch, в качестве аргумента этого оператора можно задать и троеточие:
catch(...). При этом блок catch будет перехватывать исключения всех типов, в том числе
исключения языка С и исключения, порожденные системой и приложениями. К ним от-
носятся также, исключения, связанные с нарушением защиты памяти, делением на ноль,
недопустимыми операциями с плавающей запятой.
Следует обратить внимание, что подобно обработчику CException, который дол-
жен следовать после всех подпрограмм обработки, основанных на классах CException,
оператор catch (...) всегда должен быть последним обработчиком в своем блоке try.
Задача поиска процедуры обработки исключения становится более сложной, когда
процесс находится в состоянии отладки, поскольку операционная система передает
управление отладчику еще до начала поиска обработчиков, находящихся в самой про-
грамме. Обычно отладчик использует этот режим для обработки пошаговых и контроль-
ных исключений, что дает возможность пользователю проанализировать контекст про-
граммы перед возобновлением ее выполнения.
Если отладчик принимает решение не обрабатывать исключения на стадии раннего
оповещения, система возвращается к процессу и ищет обработчик исключений внутри
него самого. При условии, что процесс также отвергает исключение, система дает от-
ладчику повторную возможность обработать эту, теперь уже более серьезную, ситуа-
цию. Но если отладчик отвергает исключение повторно, система берет управление на
себя и вырабатывает собственный ответ, который обычно заключается в приказе унич-
тожить процесс.
Вместо того чтобы непосредственно применять блоки try/catch, можно структури-
ровать свою программу с помощью макрокоманд обработки исключений. В этом случае
необходимо начать с макрокоманды TRY, которая устанавливает блок TRY, отмечаю-
щий потенциально опасный фрагмент программы.
90
Исключения, порожденные в блоке TRY, обрабатываются в блоках CATCH и
AND_CATCH. Допускается и рекурсивная обработка: исключения могут быть переданы
внешнему блоку TRY путем их игнорирования или в результате вызова макрокоманды
THROW_LAST.
Все блоки CATCH должны завершаться макрокомандой END_CATCH или
END_CATCH_ALL. Если в программе нет блоков CATCH, блок TRY сам должен завер-
шаться указанными макрокомандами.
Макрокоманды THROW и THROW_LAST генерируют заданное исключение, пре-
рывают выполнение программы и передают управление блоку CATCH. Если таковой
отсутствует, управление передается модулю библиотеки MFC, который отображает со-
общение об ошибке и завершает свою работу. Макрокоманда THROW_LAST передает
исключение назад внешнему блоку CATCH.
Если исключение перехвачено одной из макрокоманд, объект CException удаляется
автоматически. Если же оно перехвачено с использованием блока catch, объект CExcep-
tion невозможно удалить автоматически, поэтому в программе для этого должны быть
предусмотрены специальные меры.
91