PB161 Programování v jazyce C++
Přednáška 9
Jmenné prostory
Výjimky podrobně
Nikola Beneš
20. listopadu 2018
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 1 / 32
Jmenné prostory
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 2 / 32
Motivace
Problém: výskyt dvou entit se stejným jménem
// library1.h
class Object { /* ... */ };
// library2.h
class Object { /* ... */ };
// main.cpp
#include "library1.h"
#include "library2.h"
Při překladu main.cpp dojde k chybě:
error: redefinition of ‘class Object’
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 3 / 32
Implicitní jmenné prostory
int x;
// double x; // CHYBA!
class Example {
float x;
public:
void method() const {
double x;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
std::string x;
}
{
char x;
}
}
};
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 4 / 32
Implicitní jmenné prostory
int x;
// double x; // CHYBA!
class Example {
float x;
public:
void method() const {
double x;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
std::string x;
}
{
char x;
}
}
};
globální jmenný prostor
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 4 / 32
Implicitní jmenné prostory
int x;
// double x; // CHYBA!
class Example {
float x;
public:
void method() const {
double x;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
std::string x;
}
{
char x;
}
}
};
globální jmenný prostor
jmenný prostor třídy Example
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 4 / 32
Implicitní jmenné prostory
int x;
// double x; // CHYBA!
class Example {
float x;
public:
void method() const {
double x;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
std::string x;
}
{
char x;
}
}
};
globální jmenný prostor
jmenný prostor třídy Example
jmenný prostor metody method
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 4 / 32
Implicitní jmenné prostory
int x;
// double x; // CHYBA!
class Example {
float x;
public:
void method() const {
double x;
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
std::string x;
}
{
char x;
}
}
};
globální jmenný prostor
jmenný prostor třídy Example
jmenný prostor metody method
jmenný prostor cyklu for
jmenný prostor bloku
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 4 / 32
Jmenné prostory
Přístup ke jmenným prostorům – operátor ::
lecture09_01.cpp
int x = 17;
class Example {
int x = 29;
public:
void print() const {
int x = 3;
{
int x = 9;
cout << x << endl; // 9
cout << Example::x << endl; // 29
cout << ::x << endl; // 17
}
cout << x << endl; // 3
}
};
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 5 / 32
Explicitní jmenné prostory
lecture09_02.cpp
Pojmenované jmenné prostory – syntax: namespace jmeno { ... }
namespace MyLib {
void print();
namespace Experimental { // možno i vnořovat
void print();
} // namespace Experimental
} // namespace MyLib
namespace MyLib {
class Example {
public:
void print() const;
};
} // namespace MyLib
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 6 / 32
Explicitní jmenné prostory – zpřístupnění
Zpřístupnění jmenného prostoru
plná kvalifikace – std::string
direktiva using namespace jmeno_prostoru;
#include <string>
string s; // CHYBA!
void print() {
using namespace std;
string s; // OK
}
int main() {
string s; // CHYBA!
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 7 / 32
Explicitní jmenné prostory – zpřístupnění (pokr.)
deklarace using jmeno_prostoru::jmeno_entity
má prioritu před using namespace
lecture09_03.cpp
#include "libAdam.h"
#include "libEve.h"
using namespace Adam; // obsahuje funkci getApple();
using namespace Eve; // taky obsahuje getApple();
getApple(); // CHYBA!
using Eve::getApple;
getApple(); // OK, volá se Eve::getApple();
alias jmenného prostoru
namespace SysWinWidget
= System::Window::Widget;
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 8 / 32
Explicitní jmenné prostory – zpřístupnění
Používání using a using namespace
v globálním prostoru
užívejte rozumně
nikdy v hlavičkových souborech
vždy až po všech #include
lokálně
ve funkcích/metodách
ve vnořených blocích
není možno používat přímo uvnitř třídy (class scope)
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 9 / 32
Explicitní jmenné prostory – použití
Použití jmenných prostorů ve vlastních knihovnách:
// cool_library.h
#ifndef COOL_LIBRARY_H
#define COOL_LIBRARY_H
namespace CoolLibrary {
class Cool { /* ... */ };
} // namespace CoolLibrary
#endif
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 10 / 32
Anonymní jmenné prostory
namespace {
// ...
} // namespace
chová se jako by se vytvořil jmenný prostor unikátního jména,
za kterým by okamžitě následovalo using namespace
k čemu je to dobré?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 11 / 32
Anonymní jmenné prostory
namespace {
// ...
} // namespace
chová se jako by se vytvořil jmenný prostor unikátního jména,
za kterým by okamžitě následovalo using namespace
k čemu je to dobré?
zapouzdření identifikátorů uvnitř jednoho zdrojového souboru
(resp. překladové jednotky)
při linkování nejdou vidět z ostatních překladových jednotek
podobné jako globální static v C, ale lepší – proč?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 11 / 32
Anonymní jmenné prostory
namespace {
// ...
} // namespace
chová se jako by se vytvořil jmenný prostor unikátního jména,
za kterým by okamžitě následovalo using namespace
k čemu je to dobré?
zapouzdření identifikátorů uvnitř jednoho zdrojového souboru
(resp. překladové jednotky)
při linkování nejdou vidět z ostatních překladových jednotek
podobné jako globální static v C, ale lepší – proč?
globální static funguje pouze pro proměnné a funkce, do
anonymního namespace můžeme ale zavřít libovolná jména
(např. deklarace typů)
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 11 / 32
Jmenné prostory – další informace
Další čtení pro zvídavé
http://en.cppreference.com/w/cpp/language/namespace
http://en.cppreference.com/w/cpp/language/lookup
qualified name lookup
unqualified name lookup
argument-dependent lookup (ADL)
lecture09_04.cpp
namespace Test {
int x;
void print(int y) {}
}
int main() {
print(x); // CHYBA!
Test::print(x); // CHYBA!
Test::print(Test::x); // OK
print(Test::x); // taky OK, ADL
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 12 / 32
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 13 / 32
Výjimky
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 13 / 32
Motivace
Obsluha chyb za běhu programu
možná řešení:
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 14 / 32
Motivace
Obsluha chyb za běhu programu
možná řešení: speciální chybová hodnota, globální příznak
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 14 / 32
Motivace
Obsluha chyb za běhu programu
možná řešení: speciální chybová hodnota, globální příznak
kód se hůře čte a píše
chyby jsou implicitně ignorovány
které volání selhalo?
co když je třeba chybu propagovat skrze víc funkcí?
výjimky
výjimečné situace za běhu programu
vyhození výjimky (throw)
zachycení výjimky (catch) a reakce – i jinde než v místě výjimky
používáno ve velké řadě jazyků
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 14 / 32
Syntaxe výjimek v C++
lecture09_05.cpp
Vyhození výjimky throw
výjimkou může být libovolná hodnota
raději však používáme speciální objekty
ve standardní knihovně – std::exception
void sillyFunction(int x) {
if (x < 0) throw std::runtime_error("x is negative");
}
Zachycení výjimky try { ... } catch ( ... ) { ... }
int main() {
try {
sillyFunction(-7);
} catch (std::runtime_error& ex) {
std::cout << "Runtime error: " << ex.what() << '\n';
}
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 15 / 32
Syntaxe výjimek v C++ (pokr.)
Zachycení výjimky
catch má formální parametr, kterým se má výjimka zachytit
zachycení hodnotou – nedoporučované, může znamenat kopii
zachycení referencí – doporučovaný způsob
zachytávání libovolné výjimky pomocí catch (...)
reakce v bloku catch
vyřešení problému
znovu vyhození stejné výjimky pomocí throw;
vyhození jiné výjimky
Throw by value, catch by reference.
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 16 / 32
Mechanismus zachytávání výjimek
lecture09_06.cpp
1 vyhodí se výjimka
2 prochází se skrz zásobník funkcí, dokud se nenarazí na blok try
3 hledá se související blok catch, který může výjimku zachytit
stejný typ výjimky a parametru
parametr je reference na typ výjimky
parametr je předek typu výjimky (reference, ukazatel)
(...) chytá vše
4 pokud se najde správný blok catch:
volají se destruktory lokálních objektů na zásobníku
tzv. odvinování zásobníku (stack unwinding)
nakonec se provede tělo bloku catch
5 pokud se správný blok catch nenajde, pokračuje se s hledáním od
bodu 2
6 pokud se výjimka nezachytí nikde, zavolá se std::terminate
v tom případě se destruktory nemusí zavolat
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 17 / 32
Standardní výjimky
Hierarchie výjimek standardní knihovny
základní std::exception
virtuální metoda what() vrací popis výjimky
vyhazovány standardní knihovnou
př. metoda at() kontejnerů
vyhazovány některými konstrukcemi jazyka C++
operátor new může vyhodit std::bad_alloc
operátor dynamic_cast může vyhodit std::bad_cast
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 18 / 32
Standardní výjimky (pokr.)
Výjimka při nepodařené alokaci
lecture09_07.cpp
int main() {
const size_t SIZE = 1000;
try {
auto array = std::make_unique<int[]>(SIZE);
// není třeba testovat na nullptr
for (int i = 0; i < SIZE; ++i) {
array[i] = i*i;
}
// atd ...
}
catch (std::bad_alloc&) {
std::cerr << "Failed to allocate memory.\n";
}
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 19 / 32
Vlastní výjimky
doporučeno: dědit ze standardních výjimek
lecture09_08.cpp
class WrongNameException : public std::invalid_argument {
std::string name;
public:
WrongNameException(const std::string& reason,
const std::string& n)
: std::invalid_argument(reason), name(n) {}
const std::string& getName() const { return name; }
};
class Person() {
std::string name;
static bool isValidName(const std::string&);
public:
Person(const std::string& n) : name(n) {
if (!isValidName(name))
throw WrongNameException("invalid name", name);
// ...
}
}; PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 20 / 32
Výjimky a dědičnost
lecture09_08.cpp
při zachytávání můžeme použít typ předka
zachytávání probíhá v pořadí bloků catch v kódu
doporučení: řadit bloky catch od konkrétních k obecným
try {
// ...
} catch (std::invalid_argument&) {
// ...
} catch (WrongNameException&) {
// ...
}
// warning: exception of type 'WrongNameException' will be
// caught by earlier handler for 'std::invalid_argument'
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 21 / 32
Zachycení libovolné výjimky
Zachycení pomocí catch (...)
nemáme přístup k objektu výjimky
alespoň ne úplně snadný
odvážní mohou zkusit hledat std::current_exception (C++11)
používat opatrně
v některých specifických případech se ale hodí
např. obalení těla destruktoru
použití s opětovným vyhozením throw;
logování problémů
speciální funkce pro řešení výjimek
lecture09_09.cpp
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 22 / 32
Výjimky a konstruktory
Je vhodné vyhazovat výjimku z konstruktoru?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 23 / 32
Výjimky a konstruktory
Je vhodné vyhazovat výjimku z konstruktoru? ANO
Kdy?
pokud nemůžeme zaručit správný (konzistentní) stav objektu
Co se stane?
nezavolá se destruktor objektu
zavolá se destruktor všeho, co už bylo inicializováno (předci, atributy)
v opačném pořadí inicializace
lecture09_10.cpp
Jak zachytit výjimku v konstruktoru?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 23 / 32
Výjimky a konstruktory
Je vhodné vyhazovat výjimku z konstruktoru? ANO
Kdy?
pokud nemůžeme zaručit správný (konzistentní) stav objektu
Co se stane?
nezavolá se destruktor objektu
zavolá se destruktor všeho, co už bylo inicializováno (předci, atributy)
v opačném pořadí inicializace
lecture09_10.cpp
Jak zachytit výjimku v konstruktoru?
normálně pomocí try ... catch
Co když je výjimka vyvolána při inicializaci?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 23 / 32
Výjimky a konstruktory (pokr.)
Speciální syntax pro konstruktory
lecture09_11.cpp
class Person {
std::string name;
public:
Person(const std::string& n) : name(n) {}
};
class Teacher : public Person {
std::vector< Course > courses;
Person& departmentBoss;
public:
Teacher(const std::string& name, Person& boss)
try : Person(name), departmentBoss(boss) {
courses.reserve(5);
} catch (std::exception& ex) {
std::cerr << "Teacher constructor failed: " << ex.what()
<< std::endl;
}
};
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 24 / 32
Výjimky a konstruktory (pokr.)
Speciální syntax pro konstruktory
použitelná i pro jiné metody/funkce, ale tam nemá moc význam
destruktory předků a atributů se volají před blokem catch
blok catch musí znovu vyhodit výjimku
implicitní throw; na konci bloku
hlavní použití: logování nebo úprava výjimek
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 25 / 32
Výjimky a destruktory
Je vhodné vyhazovat výjimku z destruktoru?
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 26 / 32
Výjimky a destruktory
Je vhodné vyhazovat výjimku z destruktoru? NE
když v průběhu zachycení výjimky vznikne další výjimka, zavolá se
std::terminate
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 26 / 32
Specifikace noexcept
úmysl nevyhazovat z funkce/metody žádnou výjimku
void f(); // může vyhodit libovolnou výjimku
void g() noexcept; // slibuje, že nebude vyhazovat výjimky
kompilátor může tuto informaci použít pro optimalizace
standardní knihovna může tuto informaci použít pro volbu chování
operátor noexcept
std::cout << boolalpha;
std::cout << noexcept( 2 + 3 ) << '\n'; // true
std::cout << noexcept( throw 17 ) << '\n'; // false
std::cout << noexcept( f() ) << '\n'; // false
std::cout << noexcept( g() ) << '\n'; // true
co když g() přesto vyhodí výjimku?
destruktory jsou automaticky noexcept
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 27 / 32
Specifikace noexcept
úmysl nevyhazovat z funkce/metody žádnou výjimku
void f(); // může vyhodit libovolnou výjimku
void g() noexcept; // slibuje, že nebude vyhazovat výjimky
kompilátor může tuto informaci použít pro optimalizace
standardní knihovna může tuto informaci použít pro volbu chování
operátor noexcept
std::cout << boolalpha;
std::cout << noexcept( 2 + 3 ) << '\n'; // true
std::cout << noexcept( throw 17 ) << '\n'; // false
std::cout << noexcept( f() ) << '\n'; // false
std::cout << noexcept( g() ) << '\n'; // true
co když g() přesto vyhodí výjimku? std::terminate
destruktory jsou automaticky noexcept
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 27 / 32
Výjimky při vstupu a výstupu
lecture09_12.cpp
Knihovna iostream
implicitně nepoužívá výjimky, ale nastavuje příznaky
důvody
historické
ne vždy je vhodné používat výjimky pro vstup a výstup
použití výjimek je možno vynutit
pomocí metody exceptions
příznaky typu std::ios_base::iostate, kombinace pomocí |
výjimka typu std::ios_base::failure
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 28 / 32
Doporučení
výjimkami řešte výjimečné situace
chyby, špatné parametry, apod.
tam, kde je jiné řešení nemožné/nevhodné
(konstruktory, operátory)
nepoužívejte výjimky pro vracení hodnot z funkcí a metod
nenalezení prvku v poli nemusí být výjimečná situace
házejte hodnotou, chytejte referencí
zachytávání výjimek v inicializaci konstruktorů používejte, pokud
chcete logovat nebo nějak měnit zachycenou výjimku
nevyhazujte výjimky z destruktorů
chytejte výjimky jen tehdy, pokud máte na výjimku jak rozumně
reagovat
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 29 / 32
Závěrečný kvíz
https://kahoot.it
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 30 / 32
Závěrečný kvíz (kód č. 1)
void print() { std::cout << "x"; }
namespace A {
void print() { std::cout << "y"; }
namespace B {
void print() { ::print(); }
} // namespace B
} // namespace A
namespace C {
void fun() {
using namespace A;
A::print();
B::print();
}
} // namespace C
int main() {
using namespace C;
print();
fun();
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 31 / 32
Závěrečný kvíz (kód č. 2)
class A { /* ... */ };
class B : public A { /* ... */ };
class C : public B { /* ... */ };
class D { /* ... */ };
void foo() {
D d;
throw B();
}
int main() {
try {
foo();
}
catch (C& ex) { cout << 1; }
catch (A& ex) { cout << 2; }
catch (B& ex) { cout << 3; }
}
PB161 přednáška 9: jmenné prostory, výjimky 20. listopadu 2018 32 / 32