戻り値と例外

ウィキペディア小見出し辞書

戻り値と例外

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/06/21 21:57 UTC 版)

「例外処理」の記事における「戻り値と例外」の解説

例外処理（例外オブジェクト）をサポートしないCなどの言語では、従来から関数（サブルーチン）の戻り値によってその関数（処理）の成否を判定する方法がとられてきた。慣例的に、関数の戻り値を32ビット整数値などで宣言して、関数が成功した場合は0を返し、失敗した場合はエラーコードとして何らかの負数を返すことが多い。さらに簡略化して、成否の結果を真偽値1/0で返すだけにすることもある。戻り値がポインタ型である場合は、成功した場合に有効なポインタすなわち非NULLを返し、失敗した場合に無効なポインタすなわちNULLを返すのが通例である。標準ライブラリや各種APIでは、詳細を伝えるエラーコードを別途errnoのようなグローバル変数に格納することもある。各エラーコードによって失敗の原因を定義しておき、呼び出し側で原因を判定する。 このような戻り値による処理の成否判定には下記のような問題点がある。 戻り値は無視できるため、呼び出し先でエラーが発生しても通常通り処理を継続するプログラムを記述できてしまう。 エラーコードはたいてい32ビットの整数値でしかないため、それ以上の詳細な情報（例えば具体的原因および異常発生個所などを示すエラーメッセージ）を付加することができない。直前のエラー情報をグローバル変数に格納する設計は、マルチスレッド対応の際に別途スレッドローカルストレージ化が必要となる。 戻り値を毎回チェックする判定文を記述するのが煩雑である。 戻り値に正常系の値と異常系の値（エラー判定用の値）とを混在させる、あるいは正常系と異常系とで戻り値の区別がつかない関数は、関数呼び出し結果の戻り値を式の中でそのまま使えなくなってしまう。 3. に関連する問題として、戻り値が正常系の結果取得に使えないため引数を処理結果の取得用に使い関数インターフェイスおよび呼び出し側のコードが複雑化するという問題がある。 bool countPositiveElements(const double x[], int inNumberOfElements, int* outNumberOfElements) { if (x == NULL || inNumberOfElements <= 0 || outNumberOfElements == NULL) { return false; // 異常終了。 } *outNumberOfElements = 0; for (int i = 0; i < inNumberOfElements; ++i) { if (!isnan(x[i]) && x[i] > 0) { (*outNumberOfElements)++; } } return true; // 正常終了。} 4.の問題では関数の呼び出し結果をいったんローカル変数に格納することなく次の関数引数にそのまま式として渡すようなこともできなくなる。例えば下記のC言語の例では、atof()関数の戻り値が正常系と異常系とで区別がつかない仕様のため、対象フォーマット外の不正な入力があっても検知できず処理を継続してしまう。例外を使わずにこの問題に対処するには、正常系と異常系とを区別できるようにするために、関数の実装およびインターフェイスが複雑化することを許容しなければならない。 #include #include double addAsDouble(const char* x, const char* y) { return atof(x) + atof(y);}int main(void) { printf("%f\n", addAsDouble("1", "2")); printf("%f\n", addAsDouble("x", "y")); // 変換および加算結果は0となるが、無意味。} 一方、文字列から数値への変換に失敗した場合に例外を投げるライブラリを持つ言語では、メインロジックに関係のないコードを挿入することなく、正常系と異常系とを簡潔かつ明確に区別できる。下記はC#による例である。 using System;public class Test{ public static double AddAsDouble(string x, string y) { return double.Parse(x) + double.Parse(y); } public static void Main() { try { Console.WriteLine(AddAsDouble("1", "2")); Console.WriteLine(AddAsDouble("x", "y")); // 例外がスローされ、処理は継続されない。 } catch { } }} 別の例として、たとえば主記憶領域の容量やファイル容量を取得する関数を設計する際、結果を符号なし整数型 (非負数) の戻り値で返すように決めた場合、戻り値でエラー判定用の値を返すことができない。この場合、errnoのようなグローバル変数もしくは別途用意した関数引数経由でエラーコードを返して、呼び出し側で判定する必要がある。たとえばWindows APIのGetFileSize()関数は戻り値でファイルサイズを返すが、混合した設計となっており、エラーが発生した場合は-1を返す。しかし戻り値の型はDWORDつまり符号なし32ビット整数型であるため、実際には0xFFFFFFFFが返却される。これは本来正常値としてありうる値であり、異常系との区別が付かないため、エラーによる結果だったかどうかを判定するにはGetLastError()関数の呼び出しが別途必要になっている。なおGetFileSizeEx()関数は成否を戻り値で、正常系出力を引数で返す設計となっており、GetFileSize()関数の代替として推奨されている。また、C言語において身近な例としてはmallocおよびcalloc、realloc関数があげられる。これらは確保を要求する容量として0を指定したときC言語の規格としてNULLを返して良いと定義されている。このためこれらの関数の戻り値では記憶空間の容量不足か引数に0を指定したか判断できず切り分けのためにerrnoを調べるか引数を調べる必要がある。C++において同等のnew演算子ではこの点を容量不足のときだけ例外を投げることによって改善している。 言語レベルでの例外処理はこれらの欠点を解消し、例外を確実に、かつ統一的に処理する目的で導入されたものと言える。