Параллельное и распределенное программирование на С++

Хьюз Камерон

//...

defect_response *ProblemSolver;

ProblemSovler = ErrorTable[123];

ProblemSolver->doSomething;

ProblemSovler = ErrorTable[456];

ProblemSovler->doSomething;

//...

Несмотря на то что Переменная ProblemSolver представляет собой указатель на объект defect_response, полиморфизм позволяет этой переменной указывать на объект типа exception_response или любой другой объект, выведенный из класса defect_response. Поскольку метод doSomething объявлен виртуальным в классе defect_response, компилятор может выполнить динамическое связывание. Это дает гарантию корректного вызова метода doSomething при выполнении приложения. Именно динамическое связывание позволяет каждому потомку класса defect_response определить собственный метод doSomething . Нам нужно, чтобы вызов метода doSomething зависел от того, ссылка на какой именно потомок класса defect_response используется при этом. Рассматриваемый метод позволяет связывать номера ошибок с объектами,

имеющими отношение к обработке определенных сбойных ситуаций. С помощью этого метода можно значительно упростить код обработки ошибок. В листинге 7.1, например, показано, как значение, возвращаемое некоторой функцией, можно использовать для выбора соответствующего объекта обработки ошибок.

// Листинг 7.1. Использование значений, возвращаемых

// функцией, для определения корректного

// объекта типа ErrorHandler

void importantOperation(void) {

//. . .

Result = reliableOperation; if(Result != Success){

defect_response *Solver;

Solver = ErrorTable[Result];

Solver->doSomething;

}

else{

// Продолжение обработки.

}

// . . .

}

В листинге 7.1 обратите внимание на то, что мы не используем последовательность if- или case-инструкций. Объект отображения позволяет получить непосредственный доступ к желаемому объекту обработки ошибок по индексу. Конкретный метод doSomething, вызываемый в листинге 7.1, зависит от значения переменной Result. Безусловно, данный пример демонстрирует упрощенную схему обработки ошибочных ситуаций. Так, например, в листинге 7.1 не показано, кто (или что) отвечает за управление динамически выделяемой памятью для объектов, хранимых в отображении ErrorTable. Кроме того, здесь не учтено, что функции reliableOperation и doSomething могут выполниться неудачно. Поэтому реальный код будет, конечно же, несколько сложнее, чем тот, что приведен в листингe 7.1. Но все же этот пример ясно показывает, как одним «ударом» обработать множество ситуаций сбоя. Мы можем пойти еще дальше. В листинге 7.1 предполагается, что все возможные ошибки будут охвачены объектами типа ErrorTable. Все ErrorTable-объекты представляют собой либо объекты типа defect_response, либо объекты, выведенные из класса defect_response. А что, если у нас будет несколько семейств классов обработки ошибок? В листинге 7.2 показано, как с помощью шаблонов сделать функцию importantOperation более общей.

// Листинг 7.2. Использование шаблона в функции // importantOperation

template<class T,class U> int importantOperation(void) {

T ErrorTable; //.. .

U *Solver; //...

Solver = ErrorTable[Result]; Solver->doSomething ; //...

};

В листинге 7.2 тип ErrorTable не ограничен объекта м и класса defect_response. Этот метод позволяет упростить код обработки ошибок и повысить его гибкость. Здесь демонстрируется использование полиморфизма как по вертикали, так и по горизонтали, что чрезвычайно важно для SPMD- и MPMD-программ. Как упростить программы, реализующие параллелизм с помощью шаблонов и полиморфизма, описано в главе 9. Использование объектов отображения и объектов обработки ошибок — это важнал составляющал повышения надежности ПО. Помимо методов обработки ошибок, мы можем также воспользоваться преимуществами механизма обработки исключительных ситуаций и классов исключений, прелусмотренных в С++ (этому посвящен следующий раздел).

Механизмы обработки исключительных ситуаций в С++

В идеале во время тестирования и отладки должны быть ликвидированы все дефекты протраммы или по крайней мере максимально возможное их количество. Кроме того, следует обработать нежелательные и неудобные условия с использованием обычной программной логики. После устранения всех (или почти всех) дефектов и обработки нежелательных и неудобных условий все остальные «неприятности» попадают в разряд исключительных ситуаций. Обработка исключительных ситуаций в С++ по д держивается с помощью трех ключевых слов: try, throw и catch. Любой код, сталкивающийся сисключительной ситуацией, с которой он не в силах справиться самостоятельно, генерирует исключение «в надежде» на то, что с ней совладает некоторый другой обработчик (расположенный где-то в другом месте программы) (Б. Страуструп, Язык программирования С++ , 1997). Для генерирования объекта некоторого специального типа (типа исключения) используется ключевое слово throw. При этом происходит передача управления обработчику исключения, который предназначен д л я обработки объектов данного типа. Д л я идентификации обработчиков, предназначенных д л я перехвата объектов исключений, используется ключевое слово catch. Рассмотрим пример.

void importantOperation {

/ / executeImportCode

// Возникает исключительная ситуация.

impossible_condition ImpossibleCondition;

throw ImpossibleCondition;

//...

}

catch (impossible_condition &E) {

//

Выполнение действий, связанный с объектом E.

//...

}

Функция importantOperation( ) пытается выполнить свою работу и сталкивается с необычными условиями, с которыми она не в состоянии справиться. В нашем примере она создает объект типа impossible_condition и использует ключевое слово throw для генерирования этого объекта. Блок кода, в котором используется ключевое слово catch, предназначен для перехвата объектов типа impossible_condition. Этот блок кода называется обработчиком исключений. Обработчики исключений связаны с блоками кода, поме щ енными в try– выражения. Назначение try– блоков — обозначить область, в которой возможно возникновение исключительной ситуации. Блок catch должен сразу же следовать за соответствующим try– блоком или другим catch– блоком. Вот пример:

try{

//...

importantOperation;

//. . .

}

catch(impossible_condition &E) {

// Выполнение действий, связанных с объектом E.

// - . .

Здесь при выполнении функции importantOperation возможно возникновение условий, с которыми она не в состоянии справиться. В этом случае функция сгенерирует исключение, в результате чего управление будет передано первому обработчику, который принимает объект исключений типа impossible_condition. Этот обработчик либо сам справится с этой исключительной ситуацией, либо сгенерирует исключение, с которым придется иметь дело другому обработчику исключений. Объекты, генерируемые при исключительных ситуациях, могут быть определены пользователем, причем они могут просто содержать коды ошибок или сообщения об ошибках, которые способны помочь обработчику исключений выполнить его работу. Если бы мы использовали объекты, подобные объектам типа exception_response из листингов 7.1 и 7.2, то обработчик исключений мог бы применить их для решения проблемы либо для восстановления работоспособного состояния программы. Для создания объектов исключений можно также использовать встроенные С++-классы исключений.

Классы исключений

Стандартная библиотека классов С++ содержит девять классов исключений, разделенных на две основные группы (группа динамических ошибок и группа логических ошибок), которые приведены в табл. 7.3. Группа динамических ошибок представляет ошибки, которые трудно предотвратить. В группу логических ошибок входят ошибки, которые «теоретически предотвратимы».

Таблица

7.3.

Классы ди

н

амических и логических ошибок

Классы динамических ошибок

Классы логических ошибок

range_error

domain_error

underflow_error

invalid_argument

overflow_error

length_error

out_of_range

Классы runtime__error

На рис. 7.4 показана схема отношений между классами для семейства классов runtime_error. Это семейство выведено из класса exception. Из класса runtime_error выведено три класса: range_error, overflow_error Hunderflow_error, которые сооб щ ают об ошибках промежуточных вычислений (об ошибках выхода за границы диапазона, переполнения и потери значимости). Потомки класса runtime_error наслелуют основное поведение от своего предка, класса exception (имеется в виду метод what , оператор присваивания operator= и конструкторы класса обработки исключений).

Рис. 7.4. Схема отношений между классами для семейства классов runtime_error

Каждый класс обеспечивает определен н ый диапазон наслелуемых функций, которыми программист может воспользоваться для конкретной программы. Например, классы defect_response и exception_response, созданные в листингах 7.1 и 7.2, можно вывести как из класса runtime_error, так и из класса logic_error. Но сначала полезно рассмотреть работу базовых классов исключений без специализации. В листинге 7.3 показано, как можно сгенерировать объекты классов exception и logic__error.