この実験では、C++ における例外処理の基本概念を学びます。まず、基本的な例外を投げたりキャッチしたりする方法を理解します。これは、プログラム内のランタイムエラーや予期しない状況を処理するための手段です。次に、try、catch、および throw キーワードの使用方法と、std::exception などの標準例外クラスを調べます。また、カスタム例外クラスを定義し、異なる例外タイプに対して複数の catch ブロックを実装する方法を学びます。最後に、ネストされた try-catch ブロックを使用して、プログラムの異なるレベルで例外を処理する方法を調べます。
このステップでは、C++ における例外処理の基本概念を学びます。特に、基本的な例外を投げたりキャッチしたりする方法に焦点を当てます。例外は、プログラム内のランタイムエラーや予期しない状況を処理するための手段です。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル basic_exceptions.cpp を作成します。
touch ~/project/basic_exceptions.cppbasic_exceptions.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
int divide(int numerator, int denominator) {
// 分母がゼロの場合、例外を投げる
if (denominator == 0) {
throw std::runtime_error("Division by zero is not allowed!");
}
return numerator / denominator;
}
int main() {
try {
// 通常の割り算を試みる
int result1 = divide(10, 2);
std::cout << "10 / 2 = " << result1 << std::endl;
// ゼロで割る試み
int result2 = divide(10, 0);
std::cout << "This line will not be executed" << std::endl;
}
catch (const std::exception& e) {
// 例外をキャッチして処理する
std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}重要なコンポーネントを分解してみましょう。
throw キーワード：
std::runtime_error を投げています。try ブロック：
catch ブロックに移ります。catch ブロック：
try ブロックで投げられた例外を処理します。std::exception）。e.what() を使用してエラーメッセージを取得します。プログラムをコンパイルして実行します。
g++ basic_exceptions.cpp -o basic_exceptions
./basic_exceptions実行結果の例：
10 / 2 = 5
Error: Division by zero is not allowed!基本的な例外処理に関する要点：
throw は例外を生成します。try と catch は協働して例外状況を管理します。このステップでは、C++ における例外処理の 3 つの重要なキーワード：try、catch、および throw について、さらに深く掘り下げます。これらのキーワードは協働して、プログラムに強力なエラーハンドリングメカニズムを作成します。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル exception_keywords.cpp を作成します。
touch ~/project/exception_keywords.cppexception_keywords.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <string>
// 例外を投げる可能性のある関数
int processAge(int age) {
// 無効な年齢の場合、例外を投げる
if (age < 0) {
throw std::string("Age cannot be negative");
}
if (age > 120) {
throw std::string("Age is unrealistically high");
}
return age;
}
int main() {
// 最初の try ブロック：年齢の検証を処理する
try {
// 成功ケース
int validAge = processAge(25);
std::cout << "Valid age: " << validAge << std::endl;
// これは例外を投げます
int invalidAge1 = processAge(-5);
std::cout << "This line will not be executed" << std::endl;
}
catch (const std::string& errorMessage) {
// 投げられた例外を処理するための catch ブロック
std::cout << "Error: " << errorMessage << std::endl;
}
// 2 番目の try ブロック：別の例
try {
// これは別の例外を投げます
int invalidAge2 = processAge(150);
std::cout << "This line will also not be executed" << std::endl;
}
catch (const std::string& errorMessage) {
std::cout << "Error: " << errorMessage << std::endl;
}
return 0;
}重要なコンポーネントを分解してみましょう。
throw キーワード：
try ブロック：
catch ブロックに移ります。catch ブロック：
プログラムをコンパイルして実行します。
g++ exception_keywords.cpp -o exception_keywords
./exception_keywords実行結果の例：
Valid age: 25
Error: Age cannot be negative
Error: Age is unrealistically high例外キーワードに関する要点：
throw はエラー条件を示します。try は例外を生成する可能性のあるコードブロックを定義します。catch は例外を処理し、プログラムの終了を防ぎます。このステップでは、C++ における標準例外クラスについて学び、std::exception 階層を使用してさまざまな種類のランタイムエラーを処理する方法を学びます。C++ 標準ライブラリは、さまざまなエラーシナリオをカバーする事前定義済みの例外クラスのセットを提供しています。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル standard_exceptions.cpp を作成します。
touch ~/project/standard_exceptions.cppstandard_exceptions.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <limits>
double divideNumbers(double numerator, double denominator) {
// std::runtime_error を使用してゼロでの割り算をチェックする
if (denominator == 0) {
throw std::runtime_error("Division by zero is not allowed!");
}
return numerator / denominator;
}
void checkArrayIndex(int* arr, int size, int index) {
// std::out_of_range を使用して範囲外アクセスをチェックする
if (index < 0 || index >= size) {
throw std::out_of_range("Array index is out of bounds!");
}
std::cout << "Value at index " << index << ": " << arr[index] << std::endl;
}
int main() {
try {
// ゼロでの割り算の例外を示す
std::cout << "Attempting division:" << std::endl;
double result = divideNumbers(10, 0);
}
catch (const std::runtime_error& e) {
std::cout << "Runtime Error: " << e.what() << std::endl;
}
try {
// 配列インデックスが範囲外の例外を示す
int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int arraySize = 5;
std::cout << "\nAccessing array elements:" << std::endl;
checkArrayIndex(numbers, arraySize, 2); // 有効なインデックス
checkArrayIndex(numbers, arraySize, 10); // 無効なインデックス
}
catch (const std::out_of_range& e) {
std::cout << "Out of Range Error: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}標準例外クラスを調べてみましょう。
std::exception：
what() メソッドを提供する一般的な派生例外クラス：
std::runtime_error：プログラム実行中にのみ検出できるランタイムエラー用std::out_of_range：インデックスまたは反復子が有効範囲外の場合std::logic_error、std::invalid_argument などがあります。プログラムをコンパイルして実行します。
g++ standard_exceptions.cpp -o standard_exceptions
./standard_exceptions実行結果の例：
Attempting division:
Runtime Error: Division by zero is not allowed!
Accessing array elements:
Value at index 2: 3
Out of Range Error: Array index is out of bounds!標準例外クラスに関する要点：
what() メソッドは説明的なエラーメッセージを返すこのステップでは、C++ で独自のカスタム例外クラスを作成する方法を学びます。カスタム例外を使用すると、アプリケーションの独自の要件に合わせて特定のエラータイプを定義できます。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル custom_exceptions.cpp を作成します。
touch ~/project/custom_exceptions.cppcustom_exceptions.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept>
// 銀行口座エラー用のカスタム例外クラス
class InsufficientFundsException : public std::runtime_error {
public:
// 口座残高と引き出し金額を受け取るコンストラクタ
InsufficientFundsException(double balance, double amount)
: std::runtime_error("Insufficient funds"),
currentBalance(balance),
withdrawalAmount(amount) {}
// 詳細なエラー情報を取得するメソッド
double getCurrentBalance() const { return currentBalance; }
double getWithdrawalAmount() const { return withdrawalAmount; }
private:
double currentBalance;
double withdrawalAmount;
};
class BankAccount {
private:
double balance;
public:
BankAccount(double initialBalance) : balance(initialBalance) {}
void withdraw(double amount) {
// 引き出し金額が現在の残高を超えるかどうかをチェックする
if (amount > balance) {
throw InsufficientFundsException(balance, amount);
}
balance -= amount;
std::cout << "Withdrawal successful. Remaining balance: $"
<< balance << std::endl;
}
double getBalance() const { return balance; }
};
int main() {
try {
// 初期残高で銀行口座を作成する
BankAccount account(100.0);
// 有効な引き出しを試みる
account.withdraw(50.0);
// 無効な引き出しを試みる
account.withdraw(75.0);
}
catch (const InsufficientFundsException& e) {
std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
std::cout << "Current Balance: $" << e.getCurrentBalance() << std::endl;
std::cout << "Attempted Withdrawal: $" << e.getWithdrawalAmount() << std::endl;
}
return 0;
}カスタム例外クラスを分解してみましょう。
std::runtime_error から継承する：
what() メソッドを使用できるようにします。カスタム例外の機能：
プログラムをコンパイルして実行します。
g++ custom_exceptions.cpp -o custom_exceptions
./custom_exceptions実行結果の例：
Withdrawal successful. Remaining balance: $50
Error: Insufficient funds
Current Balance: $50
Attempted Withdrawal: $75カスタム例外クラスに関する要点：
このステップでは、異なる catch ブロックを使用して複数の例外タイプを処理する方法を学びます。このアプローチにより、プログラムで発生する可能性のあるさまざまな種類の例外に対して、特定のエラーハンドリングを行うことができます。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル multiple_catch.cpp を作成します。
touch ~/project/multiple_catch.cppmultiple_catch.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
class InvalidAgeException : public std::runtime_error {
public:
InvalidAgeException(int age)
: std::runtime_error("Invalid age"), invalidAge(age) {}
int getInvalidAge() const { return invalidAge; }
private:
int invalidAge;
};
class Student {
private:
std::string name;
int age;
public:
void setStudent(const std::string& studentName, int studentAge) {
// 名前の長さを検証する
if (studentName.length() < 2) {
throw std::length_error("Name is too short");
}
// 年齢の範囲を検証する
if (studentAge < 0 || studentAge > 120) {
throw InvalidAgeException(studentAge);
}
name = studentName;
age = studentAge;
}
void displayInfo() const {
std::cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << std::endl;
}
};
int main() {
Student student;
// 最初の試み：短い名前
try {
student.setStudent("A", 25);
}
catch (const std::length_error& e) {
std::cout << "Length Error: " << e.what() << std::endl;
}
catch (const InvalidAgeException& e) {
std::cout << "Age Error: " << e.what()
<< " (" << e.getInvalidAge() << ")" << std::endl;
}
// 2 番目の試み：無効な年齢
try {
student.setStudent("John Doe", 150);
}
catch (const std::length_error& e) {
std::cout << "Length Error: " << e.what() << std::endl;
}
catch (const InvalidAgeException& e) {
std::cout << "Age Error: " << e.what()
<< " (" << e.getInvalidAge() << ")" << std::endl;
}
// 成功した試み
try {
student.setStudent("Alice", 20);
student.displayInfo();
}
catch (const std::length_error& e) {
std::cout << "Length Error: " << e.what() << std::endl;
}
catch (const InvalidAgeException& e) {
std::cout << "Age Error: " << e.what()
<< " (" << e.getInvalidAge() << ")" << std::endl;
}
return 0;
}複数の catch ブロックを分解してみましょう。
複数の catch ブロック：
例外処理戦略：
std::length_error を処理します。InvalidAgeException を処理します。プログラムをコンパイルして実行します。
g++ multiple_catch.cpp -o multiple_catch
./multiple_catch実行結果の例：
Length Error: Name is too short
Age Error: Invalid age (150)
Name: Alice, Age: 20複数の catch ブロックに関する要点：
このステップでは、複雑なエラーシナリオを処理し、より細かい例外処理を行うためにネストされた try-catch ブロックをどのように使用するかを学びます。ネストされた try-catch ブロックを使うと、コードの異なるレベルで例外を処理できます。
WebIDE を開き、~/project ディレクトリに新しいファイル nested_exceptions.cpp を作成します。
touch ~/project/nested_exceptions.cppnested_exceptions.cpp に次のコードを追加します。
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
class FileReadError : public std::runtime_error {
public:
FileReadError(const std::string& filename)
: std::runtime_error("Error reading file"), fileName(filename) {}
std::string getFileName() const { return fileName; }
private:
std::string fileName;
};
class DataProcessor {
public:
void processFile(const std::string& filename) {
try {
// ファイル読み取りをシミュレートする
if (filename.empty()) {
throw FileReadError("Empty filename");
}
std::cout << "Reading file: " << filename << std::endl;
try {
// データ処理をシミュレートする
validateData(filename);
}
catch (const std::runtime_error& e) {
std::cout << "Inner try-catch: Data validation error" << std::endl;
std::cout << "Error details: " << e.what() << std::endl;
// 例外を外側の catch ブロックに再投げる
throw;
}
}
catch (const FileReadError& e) {
std::cout << "Outer try-catch: File read error" << std::endl;
std::cout << "Filename: " << e.getFileName() << std::endl;
}
catch (...) {
std::cout << "Caught unknown exception" << std::endl;
}
}
private:
void validateData(const std::string& filename) {
// データ検証をシミュレートする
if (filename == "corrupt.txt") {
throw std::runtime_error("Corrupt file data");
}
std::cout << "Data validation successful" << std::endl;
}
};
int main() {
DataProcessor processor;
// シナリオ 1: 空のファイル名
std::cout << "Scenario 1: Empty Filename" << std::endl;
processor.processFile("");
// シナリオ 2: 破損したファイル
std::cout << "\nScenario 2: Corrupt File" << std::endl;
processor.processFile("corrupt.txt");
// シナリオ 3: 正常なファイル
std::cout << "\nScenario 3: Valid File" << std::endl;
processor.processFile("data.txt");
return 0;
}ネストされた try-catch ブロックを分解してみましょう。
外側の try-catch ブロック：
FileReadError やその他の潜在的なエラーをキャッチします。内側の try-catch ブロック：
全てキャッチするハンドラ (catch (...))：
プログラムをコンパイルして実行します。
g++ nested_exceptions.cpp -o nested_exceptions
./nested_exceptions実行結果の例：
Scenario 1: Empty Filename
Outer try-catch: File read error
Filename: Empty filename
Scenario 2: Corrupt File
Reading file: corrupt.txt
Inner try-catch: Data validation error
Error details: Corrupt file data
Scenario 3: Valid File
Reading file: data.txt
Data validation successfulネストされた try-catch ブロックに関する要点：
この実験では、C++ における例外処理の基本概念を学びました。まず、throw、try、catch キーワードを使って基本的な例外を投げる方法とキャッチする方法を理解しました。ゼロでの割り算エラーを処理するために std::runtime_error 例外クラスの使用方法を調べました。また、catch ブロック内で e.what() 関数を使ってエラーメッセージにアクセスする方法を学びました。これらの技術は、ランタイムエラーを円滑に処理し、プログラムのクラッシュを防ぎ、より堅牢で信頼性の高い C++ アプリケーションを書くための方法を提供します。
