[C++] 객체지향 프로그래밍: 예외 처리(try, catch, throw, exception)

💡 본 문서는 '객체지향 프로그래밍: 예외 처리'에 대해 정리해놓은 글입니다.
프로그래밍을 하다보면 모든 경우를 고려한 프로그래밍을 하는 것도 중요하지만, 충분히 예측이 가능한 예외의 경우라 할지라도 예외 처리가 필요할 때가 있습니다. 그러한 경우에 사용하는 Exception 처리에 대해 다루며 주의해야할 사항에 대해서도 정리해두었으니 참고 부탁드립니다.

1. Try-Catch-Throw

1. try 문 : 예외가 발생할 가능성이 있는 코드 블록
2. throw 문 : try 문에서 발생한 오류에 대한 정보를 전달
3. catch 절 : 발생한 예외에 대해 예외 핸들러가 처리할 내용을 담은 코드 블록

try { // 예외가 발생하는 영역
    if (예외 조건) throw 예외 객체; // 예외가 발생하면 예외를 던지는 영역
}
catch (예외 객체) { // 던져진 예외를 잡는 영역
    // 예외 처리 영역
}

vector와 같이 sequencial container의 경우, []operator를 사용하지 않고 .at 매서드를 사용할 경우 exception 처리가 가능합니다.

try {
    std::vector<int> v(3); // 크기가 3 인 벡터 만듦
    std::cout << v.at(4);
} catch (std::out_of_range const &e) {
     std::cout << e.what() << '\n';
} catch (std::exception const &e) {
    std::cout << e.what() << '\n';
}

2. Throw (예외 던지기)

2.1 다중 catch 구문

auto exprint = [](std::exception const & e)
{
  fmt::print("{}\n", e.what());
};

try {
  throw std::runtime_error("timed out");
} catch (std::system_error const & e) {
  exprint(e);
} catch (std::runtime_error const & e) {
  exprint(e);
} catch (...) { // 마지막 catch(...) 에서 try 안에서 발생한 모든 예외들을 받게 됩니다.
  fmt::print("unkown exception\n"");
}

 

• catch문은 위에서부터 아래로 내려가면서 '예외' 데이터에 타당한 catch문을 찾습니다.
• 그러니 상속 구조의 클래스 자료형을 둘 이상 catch문에 기입하게 되면 유도된 순서대로 catch문을 기입합시다.

2.2 Throw: std::string

string을 throw 하고 싶은 경우, 다음의 매뉴얼에 따라 처리할 수 있습니다.

//Good, because manual memory management isn't needed and this uses less heap memory (or no heap memory) so this is safer if used in a low memory situation
try { throw string("foo"); } 
catch (string s) { cout << s << endl; }
  
//Valid, but avoid manual memory management if there's no reason to use it
try { throw new string("foo"); } 
catch (string* s) { cout << *s << endl; delete s; }

//Best.  Just a pointer to a string literal, so no allocation is needed, saving on cleanup, and removing a chance for an allocation to fail.
try { throw "foo"; } 
catch (const char* s) { cout << s << endl; }

2.3 noexcept 구문

확실하게 에러를 내보내지 않는 함수가 있다면 noexcept 구문을 사용할 수 있습니다:

• noexcept 키워드를 붙이는 이유는 단순히 프로그래머가 컴파일러에게 주는 힌트라고 생각하시면 됩니다.
  컴파일러가 어떤 함수가 절대로 예외를 발생시키지 않는다는 사실을 안다면, 여러가지 추가적인 최적화를 수행할 수 있습니다.
• 참고로, 함수에 noexcept 키워드를 붙였다고 해서, 함수가 예외를 절대로 던지지 않는다는 것은 아닙니다.
  noexcept 로 명시된 함수가 예외를 발생시키게 된다면 예외가 제대로 처리되지 않고 프로그램이 종료됩니다.

void func() noexcept { ... }

+ memory 관련 문제

추가적으로 memory 관련 문제의 경우는 Try-Catch로 에러를 처리하지 못 합니다.

3. Exception 상속

exception을 사용자에 맞춰 정의하기 위해서는 다음과 같이 상속을 받아 사용하면 됩니다.

#include <exception>
#include <iostream>
class Parent : public std::exception {
    public:
    // what 은 std::exception 에 정의된 함수로, 이 예외가 무엇인지 설명하는 문자열을 리턴하는 함수 입니다.
    virtual const char* what() const noexcept override { return "Parent!\n"; }
};
class Child : public Parent {
    public: const char* what() const noexcept override { return "Child!\n"; }
};

4. Exception 사용시 주의할 것

4.1 Exception 주의 사항

• 예외처리 try-catch는 깔끔하긴 하지만 사용하면 할수록 프로그램 성능에는 악영향을 미쳐서 무작정 사용하면 안됩니다.
• 충분히 예측이 가능한 예외의 경우, 예외를 해주기보다는 저렇게 사용하지 않는것을 중점으로 둬야됩니다.
•  일반적으로 서버같은 경우에서 입력값에 오염이 발생하는등의 예측할 수 없는 경우가 생겨 큰 문제가 일어나면 안되기에 특정 예외가 발생하여도 서버가 강제로 종료되지 않고 버티도록 하는 경우에 종종 사용됩니다.

4.2 근데 Exception 은..? 성능 악영향...

얼핏 보면… 가독성도 있고 몰아서 처리하는 것도 괜찮고 ‘오 이거 써야 겠다!’ 생각하기 쉽습니다.
하지만... 사용하면 할수록 프로그램 성능에는 악영향을 미쳐서 무작정 사용하면 안됩니다.

• 프로그램 용량도 커지고, 프로그램 성능이 눈에 띄게 느려집니다(스택 되감기 등 때문에)
• 동적 할당한 메모리가 해제 안될 수 있으며,
• 결정적인 에러를 못 찾는 경우 있습니다.

따라서... 충분히 예측이 가능한 예외의 경우, 예외를 해주기보다는 저렇게 사용하지 않는 것을 중점으로 둬야됩니다.

+ 여기서 스택 되감기란? 함수 실행 중 throw를 만나면 대응되는 catch를 찾기 위해 호출원으로.

• 함수가 호출될 때는 스택에 각 함수의 스택프레임이 생성됩니다.
• 호출 직전 호출 함수(서브루틴)가 끝나고 돌아올 주소를 호출 스택(call stack)에 넣습니다.
• 호출 스택에 들어가는 정보는 다음과 같습니다.
  • 서브루틴 종료 직후 돌아갈 주소
  • 지역 변수
  • 매개 변수
• 함수가 리턴할 때 스택프레임은 정확하게 호출 직전으로 돌아가며, 호출 스택에 있는 정보는 throw 발생시 전부 정리됩니다.
• 이 상위함수 catch로 전이되는 과정에서 중간에 있던 오류들이 사라지고 해당 스텍의 오류 정보만 전달됩니다.
• 중간에 있던 오류들까지 전달하고 싶으면?
  • SHE(Structured Exception Handle) 사용하는 것이 좋습니다.
  • SHE에 대한 자세한 설명은 다음의 링크를 참조하시기 바랍니다.
    https://docs.microsoft.com/ko-kr/cpp/cpp/structured-exception-handling-c-cpp?view=msvc-170

4.3 try-exception benchmark 측정

• http://yesarang.tistory.com/371

 

참고

• [씹어먹는 C++] 예외 처리: https://modoocode.com/230
• [Coding Factory] 예외 처리 (Exception Handling) try, catch ,throw: https://coding-factory.tistory.com/706
• [TCP School] try, throw, catch: http://www.tcpschool.com/cpp/cpp_exception_intro
• [C++] Try CATCH 어디까지 가봤니: https://dokumen.tips/engineering/c-try-catch-.html?page=9
• [stackoverflow] c++ string exception: https://stackoverflow.com/questions/134569/c-exception-throwing-stdstring