C++で例外処理を実装するプログラムの書き方

複雑な数学的演算を行う関数があるとしましょう。その演算の過程では、さまざまな例外が発生する可能性があります。発生しうる例外の種類ごとに適切に処理し、次のように対応する必要があります。

• コンピュータが計算用のメモリを確保できない場合は、「Memory Low!」と出力する
• その他のC++関連の標準例外が発生した場合は、「Exception:」に続けて例外の内容を出力する
• 上記以外の例外が発生した場合は、「Unhandled Exception」と出力する

ここでは、値のペアを格納した配列が与えられ、それを関数に渡す状況を考えます。例外が発生した場合はそれを捕捉して処理し、問題がなければ計算結果を出力します。

ポイントは、例外を投げる側の関数の内部機構には立ち入らず、例外を受け取って処理する側だけに注目することです。

たとえば、入力が arr = {{361643035132, 2297873642249}, {-17, 15}}; の場合、出力は次のようになります。

Memory Low!
Exception: val1 is negative

最初のペアの値は大きすぎて処理できないため、「Memory Low!」が出力されます。2番目のペアの最初の値は負の数であり、この関数は負の値を扱えないため、例外「val1 is negative」をスローします。

解決のアプローチ

この問題を解くには、以下の手順に従います。

• i := 0 として初期化し、i < t の間、i を1ずつ増やしながらループ処理を行う
  • val1 := values[i][0] を代入する
  • val2 := values[i][1] を代入する
  • tryブロック内で foo(val1, val2) の結果を出力する
• メモリの確保に失敗した場合(std::bad_alloc 例外を捕捉)
  • 「Memory Low!」を出力する
• その他の標準C++例外 e を捕捉した場合
  • 「Exception: 」を出力し、続けて例外の詳細情報を出力する
• それ以外の未知の例外を捕捉した場合
  • 「Unhandled Exception」を出力する

実装例

理解を深めるために、以下の実装例を見てみましょう。

#include <iostream>
#include <exception>
#include <string>
#include <stdexcept>
#include <vector>
#include <cmath>
using namespace std;

class Solution {
private:
    static int value;
public:
    static int foo(long long val1, long long val2) {
        value += 1;
        if(val1 < 0) {
            throw std::invalid_argument("val1 is negative");
        }
        vector<int> vectorList(val1, 0);
        int r = -1, c = sqrt(-1);
        if(val2 == 0) throw 0;
        r = (val1 / val2) * r;
        int ans = vectorList.at(val2);
        return r + val1 - val2 * ans;
    }
    static int getVal() {
        return value;
    }
};
int Solution::value = 0;

void solve(int t, long int values[][2]) {
    for (int i = 0; i < t; i++) {
        long long val1, val2;
        val1 = values[i][0];
        val2 = values[i][1];
        try {
            cout << Solution::foo(val1, val2) << '\n';
        }
        catch (const std::bad_alloc&) {
            cout << "Memory Low!\n";
        }
        catch (const std::exception& e) {
            cout << "Exception: " << e.what() << '\n';
        }
        catch (...) {
            cout << "Unhandled Exception\n";
        }
    }
}
int main() {
    long int arr[][2] = {{361643035132, 2297873642249}, {-17, 15}};
    solve(2, arr);
}

入力

long int arr[][2] = {{361643035132, 2297873642249}, {-17, 15}};
solve(2, arr);

出力

Memory Low!
Exception: val1 is negative

このように、複数のcatch句を組み合わせることで、メモリ不足・標準例外・未知の例外という3つのケースを段階的に振り分けて処理できます。catch句は記述した順序に評価されるため、より具体的な例外型(ここでは std::bad_alloc)を先に、汎用的な std::exception を後に、最後に catch(...) を配置するのがC++の例外処理における定石です。