例外処理

コンピューティングとコンピュータ プログラミングにおいて、例外処理とは、プログラムの実行中に発生した例外(特別な処理を必要とする異常なまたは例外的な状態)に対応するプロセスです。一般に、例外が発生すると、通常の実行フローが中断され、事前に登録された例外ハンドラが実行されます。この処理の詳細は、ハードウェア例外かソフトウェア例外か、およびソフトウェア例外がどのように実装されているかによって異なります。

例外はコンピュータ システムのさまざまなレイヤーによって定義され、一般的なレイヤーは CPU 定義の割り込み、オペレーティング システム(OS) 定義のシグナル、プログラミング言語定義の例外です。各レイヤーは相互に関連している場合もありますが、それぞれ異なる例外処理方法を必要とします。たとえば、CPU 割り込みは OS シグナルに変換できます。一部の例外、特にハードウェア例外は、中断された場所から実行を再開できるほど適切に処理される場合があります。

例外の定義は、各手続きには前提条件、つまり手続きが「正常に」終了する一連の状況があるという観察に基づいています。 ^[1]例外処理メカニズムにより、この前提条件に違反した場合、^{[1]たとえば、手続きが異常な引数セットで呼び出された場合など、手続きは例外[2]}を発生させることができます。例外処理メカニズムは、例外を処理します。 ^[3]

前提条件と例外の定義は主観的です。「通常の」状況のセットは完全にプログラマーによって定義されます。たとえば、プログラマーはゼロ除算を未定義と見なして例外としたり、ゼロまたは特別な「ゼロ除算」値を返すなどの動作を考案したりします (例外の必要性を回避します)。^{[4]一般的な例外には、無効な引数 (たとえば、値が}関数のドメイン外である)、^[5]使用できないリソース (ファイルが見つからない、^[6]ネットワーク ドライブ エラー、^[7]メモリ不足エラー^[8]など)、またはルーチンが特別な処理 (たとえば、注意、ファイルの終わり) を必要とする通常の状態を検出したことが含まれます。^[9]社会的圧力は、例外の範囲と例外処理メカニズムの使用、つまり「コア ライブラリで通常見つかる使用例、技術書、雑誌記事、オンライン ディスカッション フォーラム、および組織のコード標準のコード例」に大きな影響を与えます。^[10]

例外処理は、メカニズムが正常な戻り値とエラーのある戻り値を区別するという点で、半述語問題を解決します。C などの組み込み例外処理のない言語では、ルーチンは共通の戻りコードやerrnoパターンなど、他の方法でエラーを通知する必要があります。^[11]広い視点から見ると、エラーは例外の適切なサブセットであると考えることができます。^[12]また、errno などの明示的なエラー メカニズムは、例外処理の (冗長な) 形式と考えることができます。^[11]「例外」という用語は「エラー」よりも好まれます。これは、何かが間違っていることを意味しないためです。ある手順またはプログラマーによってエラーと見なされる状態が、別の手順またはプログラマーによってエラーと見なされるとは限りません。^[13]

「例外」という用語は、その「異常」という含意から、例外の発生が異常または異常であることを示すため誤解を招く可能性がありますが、^[14]実際には、例外の発生はプログラム内で正常かつ通常の状況である可能性があります。^[13]たとえば、連想配列の検索関数が、キーに関連付けられた値がない場合に例外をスローするとします。コンテキストによっては、この「キーが存在しない」例外は、成功した検索よりもはるかに頻繁に発生する可能性があります。^[15]

最初のハードウェア例外処理は、 1951年のUNIVAC Iで発見されました。算術オーバーフローは、制御を転送するか結果を修正する2つの命令をアドレス0で実行しました。^[16] ソフトウェア例外処理は1960年代と1970年代に開発されました。例外処理は、その後1980年代以降、多くのプログラミング言語で広く採用されました。

ハードウェアに関する例外の正確な意味については明確なコンセンサスはありません。^[17]実装の観点からは、例外は割り込みと同じように処理されます。プロセッサは現在のプログラムの実行を停止し、その例外または割り込み条件の割り込みベクターテーブルで割り込みハンドラを検索し、状態を保存して制御を切り替えます。

IEEE 754 浮動小数点標準の例外処理は、一般に例外的な状況を指し、例外を「特定のオペランドに対する操作が、あらゆる合理的なアプリケーションに適した結果にならない場合に発生するイベント。その操作は、デフォルトを呼び出すか、明示的に要求された場合は言語定義の代替処理を呼び出すことによって、1 つ以上の例外を通知する場合があります。」と定義しています。

デフォルトでは、IEEE 754 例外は再開可能であり、異なる例外に対して定義済みの値（ゼロ除算例外の場合は無限大）を代入し、例外が発生したかどうかを後でチェックするためのステータス フラグを提供することで処理されます（ IEEE 754 例外の処理の一般的な例については、 C99 プログラミング言語を参照してください）。ステータス フラグの使用によって可能になる例外処理スタイルには、まず高速で直接的な実装を使用して式を計算し、ステータス フラグをテストして失敗したかどうかをチェックし、必要に応じて、より低速で数値的に堅牢な実装を呼び出すことが含まれます。^[18]

IEEE 754 標準では、例外的な状況でユーザー提供の例外処理ルーチンを呼び出すことを「トラッピング」という用語で表しており、これは標準のオプション機能です。この標準では、除去可能な特異点を簡潔に処理するために、値のデフォルト以外の事前置換とそれに続く再開の実装を含む、いくつかの使用シナリオを推奨しています。 [ ^{18] [19] [20]}

IEEE 754 のデフォルトの例外処理動作は、デフォルト値を事前に代入した後に再開するものであり、数値例外でプログラム制御のフローを変更することに伴うリスクを回避します。たとえば、1996 年のCluster 宇宙船の打ち上げは、算術エラーで計算を中止するというAda の例外処理ポリシーが原因で、壊滅的な爆発に終わりました。William Kahan は、 IEEE 754 のデフォルトの例外処理動作によって、このような事態は防げたはずだと主張しています。^[19]

ReactやVueなどのフロントエンドWeb開発フレームワークでは、実行コードでエラーがコールスタックに伝播するのと同様に、エラーがユーザーインターフェイス（UI）コンポーネント階層に伝播するエラー処理メカニズムが導入されています。 ^{[21] [22]}ここで、エラー境界メカニズムは、一般的なtry-catchメカニズムに類似したものとして機能します。したがって、コンポーネントは、子コンポーネントからのエラーがキャッチされて処理され、親コンポーネントに伝播されないようにすることができます。

例えば、Vueでは、コンポーネントは実装することでエラーをキャッチします。errorCaptured

Vue.component ( 'parent' , { template : ' <div> <slot></slot></div>' , errorCaptured : ( err , vm , info ) = > alert ( 'エラーが発生しました' ); }) Vue.component ( ' child' , { template : ' <div>{{cause_error()}}</div>' }) 
     
         

 
     

マークアップで次のように使用する場合:

<親> 
    <子></子> 
</親>

子コンポーネントによって生成されたエラーは親コンポーネントによってキャッチされ、処理されます。^[23]

• トリプルフォールト
• データ検証

• Matt Pietrek著「Win32 構造化例外処理の奥深さを学べる短期集中講座」- Microsoft Systems Journal (1997)
• Christophe de Dinechin による記事「C++ 例外処理」
• ブライアン・ゲッツによる記事「例外的な実践」
• Arun Udaya Shankar による記事「Perl におけるオブジェクト指向例外処理」
• Kyle Loudon による記事「C++ での例外プログラミング」
• 記事「チェックされていない例外 - 論争」
• カンファレンススライド 浮動小数点例外処理ポリシー (pdf p. 46) William Kahan 著
• ポートランドパターンリポジトリからの説明
• Java にはチェック例外が必要ですか?