5.13 Umgang mit Fehlern

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1 5.13 Umgang mit Fehlern Klassifikation von Fehlern: Syntaxfehler: Lexikalische Fehler: Falsche oder unbekannte Worte String s neu String("Max"); Falsche Anordnung von Anweisungen: Falscher Typ: import package int i = new String("Max"); Konstruktor der Superklasse nicht an erster Stelle des Konstruktors einer Subklasse Der Compiler findet alle Syntaxfehler und gibt Fehlermeldung aus 318

2 5.13 Umgang mit Fehlern Logische Fehler: problemlos kompilierbar; schwer zu finden liefert nicht das gewünschte Ergebnis terminiert nicht (endlose Schleife) liefert gar falsche Ergebnisse (ohne dass der Benutzer es weiss) provoziert Laufzeitfehler harmlos: sinnlose Schleife für Unnütz (längere Laufzeit) Bug: Bezeichnung für alle Programmfehler Debugging = Fehlersuche 100% Bug-free = unmöglich Großteil der kommerziellen Software enthält eine signifikante Anzahl von Fehlern Jeder Update behebt Fehler und produziert neue Fehler 319

3 5.13 Umgang mit Fehlern Beispiel: Ausnahme NullPointerException 320

4 5.13 Umgang mit Fehlern Fehlerbehandlung: Umgang mit Fehlern ist ein wichtiger Teil der Softwareentwicklung: Qualitätszusicherung Nicht abgefangene Ausnahmesituationen: Programmabsturz! Manchmal besser als fehlerhafte Ereignisse, die für lange Zeit unentdeckt bleiben Komplexe Anwendungen ohne geeignete Fehlerbehandlung inakzeptabel Telekommunikationssysteme Steuerungssysteme, z.b. Raketen, Kernkraftwerke 321

5 5.13 Umgang mit Fehlern Beispiel: Fehler und Behebung. Ausnahme (Exception) kann innerhalb des Programms abgefangen werden; Programmfortsetzung ist möglich. Problem: Eingabe eines fehlerhaften Dateinamens durch Benutzer Behebung: Neueingabe verlangen Problem: Behebung: Ignorieren Problem: Fehlerhafte Daten in einer Datei, die ignoriert werden können, z.b. nicht interpretierbare Bilder oder Audiosignale Zusammenbruch einer Netzverbindung Behebung: Neuaufbau der Verbindung 322

6 5.13 Umgang mit Fehlern Zwei Arten von Fehlerbehandlung: Ohne eigenständige Sprachmechanismen In Sprachen wie C oder Pascal Mit eigenständigen Sprachmechanismen In Sprachen wie etwa Ada, Smalltalk, Java (Exception werfen) 323

7 Ohne eigenständige Sprachmechanismen Sichtbarmachung von Fehlern: Programmabbruch: Prozeduren/ Funktionen einer Sprache melden keine Fehler. Zugriffsversuch auf eine nicht vorhandene Datei endet in Pascal mit einem Programmabsturz. Fehler werden signalisiert meist über unübliche Rückgabewerte von Methoden, z.b. 1 statt positiver Zahl Abfangen und Behandlung von Fehlern: Fehler werden behandelt, z.b. über Fallunterscheidungen Fehlerbehandlung wird (vom Programmierer) ignoriert 324

8 Ohne eigenständige Sprachmechanismen Beispiel: Unübliche Rückgabewerte zur Signalisierung von Fehlern Funktion (in Pseudocode), die eine ganze Datei von der Festplatte in den Hauptspeicher liest readfile { open the file; read the file into memory; close the file; } 325

9 Ohne eigenständige Sprachmechanismen Rückgabewert: -1 = Cannot open file; -2 = Lesefehler; -3 = Cannot close file errorcodetype readfile { initialize errorcode = 0; open the file; if (fileopenfailed) { errorcode = -1; } else { read the file into memory; if (readfailed) { errorcode = -2; } close the file; if (fileclosefailed) { errorcode = -3; } } return errorcode; } 326

10 Ohne eigenständige Sprachmechanismen Grundlegende Probleme: Konflikt zwischen Zuverlässigkeit und Übersichtlichkeit Werden Fehler behandelt, so entstehen unübersichtliche Programmstrukturen (z.b. viele Fallunterscheidungen) Werden Fehler ignoriert, ist die Zuverlässigkeit des Programms nicht sichergestellt Es gibt keine Möglichkeit, den Aufrufer (Klienten) zum Überprüfen des Rückgabewertes aufzufordern oder zu zwingen 327

11 Ausnahmen werden als Objekte dargestellt Der Java-Compiler erzwingt die Behandlung von bestimmten Typen von Fehlern (bei geprüften Exceptions) Wenn ein Fehler während der Ausführung einer Methode auftritt: Die Methode wirft eine Exception (Erzeugung eines Exception- Objektes, das den Fehlertyp usw. enthält) Die Ausnahme wird ausgelöst Änderung des Kontrollflusses Das Laufzeitsystem sucht Code für die Behandlung der Ausnahme 328

12 Exception: ein Objekt, das Informationen über einen Programmierfehler hält. Eine Exception wird ausgelöst, um einen Fehler zu signalisieren. Effektivste Möglichkeit für einen Dienstleister, dem Klienten mitzuteilen, dass seine Anfrage nicht bearbeitet werden kann Wichtiger Vorteil gegenüber Kommunikation durch Rückgabewert: (fast) unmöglich, für den Klienten, aufgetretene Exceptions zu ignorieren und weiterzuarbeiten. Behandelt der Klient die Exception nicht, wird die laufende Anwendung sofort beendet. 329

13 Auslösen einer Exception: Ein Exception-Objekt (z.b. NullPointerException) wird erzeugt Dieses Objekt wird mit dem Schlüsselwort throw geworfen Die beiden Schritte fast immer in einer Anweisung vorgenommen: throw new ExceptionTyp("optionaler Fehlertext für Diagnose"); Bei der Erzeugung kann ein Fehlertext an den Konstruktor übergeben werden, der später vom Empfänger der Exception (Klient) über die Methoden der Exception abgefragt werden kann 330

14 Beispiel: Exception geworfen, aber nicht abgefangen 331

15 Exception-Klassen: Eine Exception ist Instanz einer Klasse aus einer speziellen Hierarchie Wir können neue Exception- Typen definieren als Subklasse dieser Vererbungshierarchie 332

16 Vererbungshierarchie der Exception-Klassen: Jede Exception-Klasse ist eine Subklasse von Throwable (Package java.lang) I.d.R werden neue Exception-Klassen als Subklasse der Klasse Exception deklariert Throwable/Exception im Package java.lang, das eine Reihe häufig auftretender Exception-Klassen (NullPointerException, IndexOutOfBoundsException, etc.) definiert Zwei Kategorien von Exception-Klassen: geprüfte Exceptions (checked) ungeprüfte Exceptions (unchecked) 333

17 Auswirkungen einer Exception: Dienstleister Die Ausführung der auslösenden Methode wird sofort beendet. Der Compiler meldet Fehler, wenn weitere Anweisungen nach throw folgen. 334

18 Auswirkungen einer Exception: Aufrufer (Klient) Hängt davon ab, ob Anweisungen stehen, die die Exception fangen Ja: entsprechende Anweisungen ausführen Nein: Ausführung des Aufrufers wird beendet; Fehlermeldung Wichtig: Exceptions halten einen Klienten davon ab, bei einem Fehler unbeirrt weiterzufahren (im Gegensatz zur Kommunikation durch Rückgabewert) Beispiel: Keine besonderen Vorkehrungen im Klienten (nächste Folie) 335

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20 Geprüfte Exceptions: Subklasse von Exception, aber nicht von RuntimeException Compiler führt sowohl in der auslösenden als auch in der aufrufenden Methode Überprüfungen durch Forderung 1: throws-klauseln (Dienstleister) Forderung 2: try-block (Klient) Zwingt den Klienten zur Fehlerbehandlung 337

21 Geprüfte Exceptions: throws-klausel (Dienstleister) Eine Methode kann nur dann eine geprüfte Exception werfen, wenn diese durch die throws-klausel in deren Kopf deklariert ist 338

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23 Geprüfte Exceptions: try-block (Aufrufer, Klient) Der Aufrufer (Klient) muss durch Exception-Handler Maßnahmen für den Umgang mit der Exception ergreifen try { eine beliebige Anzahl von geschützten Anweisungen } catch (ExceptionTyp e) { die Exception melden und evtl. wieder aufsetzen } Die catch-klausel versucht, die Exception zu fangen 340

24 Klient k = new Klient(); k.aufrufer(); 341

25 geprüfte Exception 342

26 Ablauf bei geprüften Exceptions: (rechts im Diagramm) Eine Exception bricht beim Aufrufer die Anweisung ab. Alle nachfolgenden Anweisungen des try-blocks werden übersprungen. Die Ausführung wird in der entsprechenden catch-klausel fortgesetzt Fortsetzung durch den Teil, der auf den kompletten try-catch- Abschnitt folgt 343

27 Abfrage einer Exception: 344

28 Werfen und Fangen von mehreren Exceptions: Eine Methode (des Dienstleisters) kann mehr als einen geprüften Exception-Typ werfen, um verschiedene Fehlersituationen anzuzeigen public void IOSimulation() throws FileNotFoundException, EOFException Ein Exception-Handler muss alle Exceptions behandeln try { } catch (FileNotFounfException e) { } catch (EOFException e) { } 345

29 Geprüfte Exceptions: finally-klausel (optional) finally-klausel gibt die Anweisungen an, die auf jeden Fall ausgeführt werden, unabhängig davon, ob eine Exception aufgetreten ist try { eine beliebige Anzahl von geschützten Anweisungen } catch (ExceptionTyp e) { die Exception melden und evtl. wieder aufsetzen } finally { gemeinsame Aktionen, die unbedingt aufgeführt werden } 346

30 Was ist der Unterschied zum folgenden Code? try { eine beliebige Anzahl von geschützten Anweisungen } catch (ExceptionTyp e) { die Exception melden und evtl. wieder aufsetzen } gemeinsame Aktionen, die unbedingt aufgeführt werden 347

31 Situationen, in denen die beiden Quelltexte sich unterschiedlich verhalten: Eine finally-klausel wird auch dann ausgeführt, wenn eine return- Anweisung in der try- oder catch-klausel ausgeführt wird Wenn in der try-klausel eine Exception ausgelöst, die aber nicht gefangen wird, wird dennoch die finally-klausel ausgeführt Beispiel: Schreiben in eine erfolgreich geöffnete Datei Die Datei sollte in jedem Fall geschlossen werden 348

32 Wiederaufsetzen: Bisherige Fehlerbehandlung und Informationsausgabe Möglich, wiederholte Versuche vorzunehmen boolean erfolgreich = false; Int versuche = 0; do { try { // Anweisungen erfolgreich = true; } catch (IOException e) { System.out.println(e.getMessage()); versuche++; if (versuche < Limit) { // einen neuen Filenamen verlangen } } } while (!erfolgreich && versuche < Limit); 349

33 Ungeprüfte Exceptions: Subklasse von RuntimeException Compiler führt statisch (zur Übersetzungszeit) keine Überprüfung durch Diese Fehler können, müssen aber nicht abgefangen werden 350

34 RuntimeException: Fehler, die überall im Programm auftreten könnten, abhängig von Laufzeitbedingungen Aufrufen einer Methode auf null-objekt (NullPointerException) Versuch außerhalb der Grenzen eines Arrays zu lesen / schreiben Illegale Parameterwerte bei Methodenaufruf Das Erzwingen der Behandlung dieser Fehler würde das Programm unnötig unübersichtlich machen. Solche Fehler können potentiell überall auftreten. 351

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36 Java s Konstrukte für Ausnahmebehandlung ermöglichen die Trennung des normalen Programmcodes von Fehlerbehandlung void readfile { try { open the file; read the file into memory; close the file; } catch (fileopenfailed e) { } catch (readfailed e) { } catch (fileclosefailed) { } } 353