М. Бен-Ари - Языки программирования. Практический сравнительный анализ (2000) (1160781), страница 32
Текст из файла (страница 32)
procedure Dispatch(S: S_Type) is
| Ada |
case S.Code is
when Record_Code => Process_Rec(S);
when Array_Code => Process_Array(S);
end case;
end Dispatch;
Предположим далее, что при изменении программы в запись необходимо до-бавить дополнительный вариант. Сделать изменения в программе нетрудно: бавить код к типу Codes, добавить вариант в case-оператор процедуры Dispatch и добавить новую подпрограмму обработки. Насколько легко сделать эти изменения, настолько они могут быть проблематичными в больших сис-темах, потому что требуют, чтобы исходный код существующих, хорошо про-веренных компонентов программы был изменен и перекомпилирован. Кроме тогo, вероятно, необходимо сделать повторное тестирование, чтобы гаранти-ровать, что изменение глобального типа перечисления не имеет непредусмот-ренных побочных эффектов.
Решением является размещение «диспетчерского» кода так, чтобы он был частью системы на этапе выполнения, поддерживающей язык, а не явно за-проограммированным кодом, как показано выше. Это называется динамиче-ским полиморфизмом, так как теперь можно вызвать общую программу Process(S), а привязку вызова конкретной подпрограммы отложить до этапа выполнения, когда станет известен текущий тег S. Этот полиморфизм под-держивается виртуальными функциями (virtual functions) в C++ и подпрограм-мами с class-wide-параметрами в Ada 95 (см. гл. 14).
10.6. Упражнения
1. Почему C++ не использует тип результата, чтобы различать перегруженные функции?
2. Какие задачи ставит перегрузка для компоновщика?
3. В C++ операции «++» и «--» могут быть как префиксными, так и постфиксными. Какова «подноготная» этой перегрузки, и как C++ справляется с этими операциями?
4. Ни Ada, ни C++ не позволяют с помощью перегрузки изменять старшинство или ассоциативность операций; почему?
5. Напишите шаблон программы сортировки на C++.
6. Напишите родовую программу сортировки на Ada и используйте ее для сортировки массива записей.
7. Первая родовая программа сортировки определила тип элемента (Item) как (О). Можно ли использовать Long_integer в конкретизации этой процедуры? А что можно сказать относительно Float?
8. Напишите программу, которая поддерживает разнородную очередь, то есть очередь, узлы которой могут содержать значения нескольких типов. Каждый узел будет вариантной записью с альтернативными полями для булевых, целочисленных и символьных значений.
Глава 11
Исключительные ситуации
11.1. Требования обработки исключительных ситуаций
Ошибка во время выполнения программы называется исключительной ситуацией или просто исключением (exception). Когда программы исполнялись не интерактивно (offline), соответствующая реакция на исключительную ситуацию состояла в том, чтобы просто напечатать сообщение об ошибке и завершить выполнение программы. Однако реакция на исключение в интерактивной среде не может быть ограничена сообщением, а должна также включать восстановление, например возврат к той точке, с которой пользователь может повторить вычисление или, по крайней мере, выбрать другой вариант. Программное обеспечение, которое используется в таких встроенных системах, как системы управления летательными аппаратами, должно выполнять восстановление при ошибках без вмешательства человека. Обработка исключений до недавнего времени, как правило, не поддерживалась в языках программирования; использовались только средства операционной системы. В этом разделе будут описаны некоторые механизмы обработки исключений, которые существуют в современных языках программирования.
Восстановление при ошибках не дается даром. Всегда есть затраты на дополнительные структуры данных и алгоритмы, необходимые для идентификации и обработки исключений. Кроме того, часто господствует точка зрения, что код обработки исключений сам является компонентом программы и может содержать ошибки, вызывающие более серьезные проблемы, чем первоначальное исключение! К тому же чрезвычайно трудно идентифицировать ситуации, приводящие к ошибке, и тестировать код обработки исключений, потому что сложно, а иногда и невозможно, создать ситуации, приводящие к ошибке.
Какие свойства делают средства обработки исключений хорошими?
• В случае отсутствия исключения издержки должны быть очень небольшими.
• Обработка исключения должна быть легкой в использовании и безопасной.
Первое требование важнее, чем это может показаться. Поскольку мы предполагаем, что исключительные ситуации, как правило, не возникают, издержки для прикладной программы должны быть минимальны. При наступлении исключительной ситуации издержки на ее обработку обычно не считаются существенными. Суть второго требования в том, что, поскольку исключения происходят нечасто, программирование реакции на них не должно требовать больших усилий; само собой разумеется, что обработчик исключения не должен использовать конструкции, которые могут привести к ошибке.
Одно предупреждение для программиста: обработчик исключений не является заменой условного оператора. Если ситуация может возникать, это не является ошибкой и должно быть явно запрограммировано. Например, вероятность того, что такие структуры данных, как список или дерево, окажутся пустыми, весьма велика, и эту ситуацию необходимо явно проверять, используя условный оператор:
| Ada |
С другой стороны, переполнение стека или потеря значимости в операциях с плавающей точкой встречается очень редко и почти наверняка указывает на ошибку в вычислениях.
В качестве элементарной обработки исключений в некоторых языках пользователю дана возможность определять блок кода, который будет выполнен перед завершением программы. Это полезно для наведения порядка (закрытия файлов и т.д.) перед выходом из программы. В языке С средство setjmp/longjmp позволяет пользователю задать дополнительные точки внутри программы, в которые обработчик исключений может возвращаться. Этого типа обработки исключений достаточно, чтобы гарантировать, что программа «изящно» завершится или перезапустится, но он недостаточно гибок для детализированной обработки исключений.
Обратите внимание, что, согласно нашему определению исключения как непредвиденной ошибки на этапе выполнения, в языке С «исключений» меньше, чем в таком языке, как Ada. Во-первых, такие ошибки, как выход за границы массива, не определены в языке С; они просто являются ошибками программиста, которые не могут быть «обработаны». Во-вторых, поскольку в С нет гибкого средства обработки исключений, каждая возможность языка, которая запрашивается через подпрограмму, возвращает код, указывающий, был запрос успешным или нет. Таким образом, в языке Ada распределение памяти с помощью new может вызвать исключительную ситуацию, если нет достаточного объема памяти, тогда как в С malloc возвращает код, который должен быть проверен явно. Выводы для стиля программирования следующие: в Ada можно использовать new обычным порядком, а обработку исключений проектировать независимо, в то время как в С полезно написать подпрограм-му-оболочку для malloc так, чтобы реакцию на исключительные ситуации можно было разработать и запрограммировать централизованно, вместо того чтобы разрешать каждому члену группы тестировать (или забывать тестировать) нехватку памяти:
void* get_memory(int n)
| C |
void* p = malloc(n);
if (p == 0) /* Выделение памяти потерпело неудачу */
/* Сделайте что-нибудь или корректно
завершите работу */
return р;
}
11.2. Исключения в PL/I
PL/1 был первым языком, который содержал средство для обработки исклю-чительных ситуаций в самом языке — блок «при наступлении события» или, |коротко, «при» (on-unit). Он является блоком кода, который выполняется, ког-да возникает исключительная ситуация; после его завершения вычисление продолжается. Проблема в PL/1, связанная с блоком «при», состоит в том, что он влияет на обычные вычисления. Предположим, что активизирован блок, Срабатывающий при потере значимости с плавающей точкой. Тогда потенци-ально возможно воздействие на каждое выражение с плавающей точкой; дру-гими словами, каждое выражение с плавающей точкой содержит неявный вы-|зов блока и возврат из него. Это затрудняет выполнение оптимизации сохра-нения значений в регистрах или вынесения общих подвыражений.
11.3. Исключения в Ada
В языке Ada определен очень простой механизм обработки исключений, ко-
торый послужил моделью для других языков.
В Ada есть четыре предопределенных исключения:
Constraint_Error (ошибка ограничения). Нарушение ограничивающих ус-ловий, например, когда индексация массива выходит за границы или вы- бор вариантного поля не соответствует дискриминанту.
Storage_Error (ошибка памяти). Недостаточно памяти.
Program_Error (программная ошибка). Нарушение правил языка, напри-
мер выход из функции без выполнения оператора return.
Tasking_Error (ошибка задачи). Ошибки, возникающие при взаимодейст- вии задач
(см. гл. 12).
Конечно, Constraint_Error — наиболее часто встречающееся исключение, связанное со строгим контролем соответствия типов в языке Ada. Кроме того,
программист может объявлять исключения, которые обрабатываются точно
так же, как и предопределенные исключения.
Когда исключительная ситуация наступает, в терминологии языка Ada —возбуждается (raised), вызывается блок кода, называемый обработчиком исключения (exeption handler). В отличие от PL/I вызов обработчика завершает включающую процедуру. Так как обработчик не возвращается к нормальному вычислению, нет никаких помех для оптимизации. В отличие от обработчиков глобальных ошибок в С, обработка исключительных ситуаций в Ada чрезвычайно гибкая, потому что обработчики исключений могут быть привязаны к любой подпрограмме:
procedure Main is
procedure Proc is
P: Node_Ptr;
begin
P := new Node; -- Может возбуждаться исключение
Statement_1; -- Пропускается, если возбуждено исключение
exception
when Storage_Error =>
-- Обработчик исключения
end Proc; begin Proc; Statement_2; — Пропускается, если исключение распространилось
из Proc
exception
when Storage_Error =>
-- Обработчик исключения
end Main;
После последнего исполняемого оператора подпрограммы ключевое слово exception вводит последовательность обработчиков исключений — по одному для каждого вида исключений. Когда возбуждается исключение, процедура покидается, и вместо нее выполняется обработчик исключения. Когда обработчик завершает свою работу, выполняется нормальное завершение процедуры. В приведенном примере программа выделения памяти может породить исключительную ситуацию Storage_Error, в этом случае Statement_1 пропускается, и выполняется обработчик исключения. После завершения обработчика и нормального завершения процедуры главная программа продолжается с оператора Statement_2.
Семантика обработки исключений предоставляет программисту большую гибкость в управлении обработкой исключительных ситуаций:
• Если исключительная ситуация не обработана внутри процедуры, попытка ее выполнения оставляется, и исключительная ситуация возбуждается снова в точке вызова. При отсутствии обработчика в Proc исключение повторно было бы возбуждено в Main, оператор Statement_2 был бы пропущен и выполнен обработчик в Main.
• Если исключительная ситуация возбуждается во время выполнения обработчика, обработчик оставляется, и исключение возбуждается снова в точке вызова.
• У программиста есть выбор: возбудить то же самое или другое исключение в точке вызова. Например, мы могли бы перевести предопределенное исключение типа Storage_Error в исключение, определенное в прикладной программе. Это делается с помощью оператора rais в обработчике:
exception
when Storage_Error =>
… -- Обрабатывается исключение, затем
raise Overflow; --Возбуждается исключение Overflow в точке вызова
Обработчик для others может использоваться, чтобы обработать все исключения, которые не упомянуты в предыдущих обработчиках.
Если даже в главной программе нет обработчика для исключения, оно обрабатывается системой поддержки выполнения, которая обычно прерывает выполнение программы и выдает сообщение. Хорошим стилем программирования можно считать такой, при котором все исключения гарантированно обрабатываются хотя бы на уровне главной программы.
Определение исключений в языке Ada 83 не позволяло обработчику иметь доступ к информации о ситуации. Если более одной исключительной ситуации обрабатываются одинаково, никаким способом нельзя было узнать, что же именно произошло:
exception
when Ех_1 | Ех_2 | Ех_3 =>
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
