C++例外処理をマスター：try、catch、throwの実践例

C++における例外処理とは

例外処理により、C++プログラムは予期せぬ実行時エラーから優雅に回復できます。エラーが発生すると、制御は特別なハンドラにジャンプし、どう対応するかを決定できます。

潜在的に問題のあるコードをtryブロックで囲み、それに1つ以上のcatch節を続けることで、プログラムに例外的状況を管理する明確なパスを与えます。

例外が投げられない場合、tryブロックは正常に実行され、ハンドラはバイパスされます。

このチュートリアルで学ぶ内容：

• 例外処理とは何か、なぜ重要か
• 核心キーワード：throw、catch、try
• 構文と一般的なパターン
• C++標準ライブラリが定義する標準例外
• ユーザー定義例外の作成と使用方法

なぜ例外処理が必要か

例外処理にはいくつかの具体的なメリットがあります：

• エラー処理ロジックを通常のコードから分離し、可読性と保守性を向上
• 関数が気にする例外のみを公開し、呼び出し側が残りを処理可能

例外処理のキーワード

C++例外処理の骨格をなす3つのキーワード：

• throw – 例外オブジェクトを作成してエラー状態を通知
• catch – 例外を捕捉し、それに対応するコードを提供
• try – 例外を投げる可能性のあるコード領域をマーク

tryブロック内のコードは保護コードと呼ばれ、これが投げると対応するcatchブロックが実行されます。

構文

try {
    // 保護コード
} catch (Exception_Name exception1) {
    // exception1を処理
} catch (Exception_Name exception2) {
    // exception2を処理
}
// ... さらにcatchブロック

• 1つのtryに複数のcatch節を続けられる
• 各catch節の型が捕捉する例外を指定
• catch内部では、選択した識別子で捕捉した例外を参照可能

例1：vectorの範囲外アクセス

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main() {
    vector<int> vec;
    vec.push_back(0);
    vec.push_back(1);
    try {
        vec.at(2); // 範囲外
    } catch (exception& ex) {
        cout << "Exception occurred!" << endl;
    }
    return 0;
}

出力：

コードのスクリーンショット：

コード分解：

1. I/Oとコンテナサポートのためiostreamとvectorをインクルード
2. 完全修飾名を避けるためstd名前空間を使用
3. vector<int>をインスタンス化し要素を追加
4. tryブロック内でベクターの境界を超えた要素にアクセスを試行
5. 標準std::exceptionを捕捉しメッセージ出力
6. mainから返却

例2：ゼロ除算の処理

#include <iostream>
using namespace std;
double zeroDivision(int x, int y) {
    if (y == 0) {
        throw "Division by Zero!";
    }
    return static_cast<double>(x) / y;
}
int main() {
    int a = 11;
    int b = 0;
    double c = 0;
    try {
        c = zeroDivision(a, b);
        cout << c << endl;
    } catch (const char* message) {
        cerr << message << endl;
    }
    return 0;
}

出力：

コードのスクリーンショット：

コード分解：

1. ゼロ除算時にC文字列を投げるzeroDivisionを定義
2. 関数をtryブロック内で呼び出し結果を出力
3. 文字列例外を捕捉しエラーメッセージを出力

C++標準例外

標準ライブラリは<exception>で豊富な例外階層を宣言しています。よく使われるものを以下に示します：

例外	説明
std::exception	すべての標準例外の基底クラス
std::bad_alloc	newの割り当て失敗時に投げられる
std::bad_cast	dynamic_castの失敗時に投げられる
std::bad_exception	予期せぬ例外を通知するために使用
std::bad_typeid	ヌルな多態的型のglvalueにtypeid適用時に投げられる
std::logic_error	プログラマが検出可能なエラー
std::domain_error	数学関数の無効な定義域
std::invalid_argument	関数が無効な引数を受け取った
std::length_error	過大な文字列作成の試み
std::out_of_range	vector::atでインデックスが範囲外の時に投げられる
std::runtime_error	他のカテゴリで捕捉されない実行時エラー
std::overflow_error	数学的オーバーフロー発生
std::range_error	値が演算の範囲外
std::underflow_error	数学的アンダーフロー発生

ユーザー定義例外

std::exception基底クラスを拡張してドメイン固有のエラー型を作成できます。what()をオーバーライドすると説明メッセージを提供できます。

例：カスタム例外

#include <iostream>
#include <exception>
using namespace std;
class NewException : public exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "newException occurred";
    }
} newex;
int main() {
    try {
        throw newex;
    } catch (exception& ex) {
        cout << ex.what() << '\n';
    }
    return 0;
}

出力：

コードのスクリーンショット：

コード分解：

1. NewExceptionをstd::exceptionから派生させwhat()をオーバーライド
2. 投げる用のオブジェクトnewexをインスタンス化
3. tryブロック内でnewexを投げる
4. std::exceptionへの参照で捕捉しwhat()でメッセージ出力

ポイント

• 例外処理は、実行時エラーから回復しなければならない堅牢なC++アプリケーションに不可欠
• tryでコードを保護、catchで対応、throwで問題を通知
• 豊富な標準例外を活用し、カスタムエラー型が必要ならstd::exceptionを拡張
• エラー処理ロジックをビジネスロジックから分離し、クリーンで保守しやすいコードに