Informationsverarbeitung

Transkript

1 1/15 Informationsverarbeitung Einführung in das Programmieren mit C++ Markus Uhlmann Institut für Hydromechanik Karlsruher Institut für Technologie WS 2011/2012 Vorlesung 14 (Download Quelldateien)

2 2/ VORLESUNG Ein- und Ausgabe & Fehlerbehandlung in C++ Advice: Use exceptions for error handling. B. Stroustrup

3 3/15 Fragen, die in dieser Vorlesung diskutiert werden Fehlerbehandlung in C++ Welche Fehlerarten treten allgemein beim Programmieren auf? Welche Mechanismen stellt speziell C++ zur Fehlervermeidung zur Verfügung?

4 4/15 Softwarefehler Fehlerkategorien A Fehler beim Kompilieren Compiler bricht mit Fehlermeldung ab B Laufzeitfehler Programmlauf bricht mit Fehlerstatus ab C Logikfehler (auch: Semantikfehler) Programmlauf normal, aber Resultat nicht wie erwartet Kategorien B, C können auch durch Fehler bei der Benutzung ausgelöst werden (z.b. unerwartete Eingabe)

5 Ethymologie des Wortes Bug (= Programmfehler ) angeblich der erste Bug, gefunden 1945 (Mark II, Harvard) 5/15

6 6/15 Softwarefehler mit schwerwiegenden Folgen Therac-25 Strahlentherapiesystem (1987) Strahlungsüberdosis aufgrund verschiedener Bugs NASA Sonde Mars Climate Orbiter (1999) Verschiedene Prozeduren arbeiten in unterschiedlichen physikalischen Einheiten (Meter/feet), ohne Umrechnung Stromausfall in Nordamerika (2003) General Electric Monitorsoftware ( race condition )...

7 7/15 Häufig auftretende Bugs Division durch Null unendliche Schleife arithmetischer Überlauf nicht-initialisierte Variable Überschreiten der Dimension eines Feldes off-by-one Fehler (auch: fencepost ) memory leak (bei dynamischem Speichermanagement)

8 8/15 Fehlervermeidung in C++ Programmen Möglichkeiten des Compilers nutzen (z.b. const int N=5; statt #define N 5 ) konsistenter und klarer Programmierstil prägnante Kommentare vollen Sprachumfang von C++ nur bei Bedarf nutzen Möglichkeiten zur Behandlung von Ausnahmen nutzen

9 9/15 Hilfreiche Techniken bei der Fehlersuche Überwachung von Variablenwerten Überprüfen der Sequenz des Prgrammablaufes (schrittweises Ausführen im Debugger) Lokalisieren des Fehlers durch Ausschalten von Programmkomponenten Definition einfacher, aber essentieller Testdaten

10 10/15 Wenn Unmögliches eintritt: Ausnahmebehandlung Fehler, die zur Laufzeit auftreten können Öffnen einer Datei, die nicht verfügbar ist Anforderung von nicht verfügbarem Speicher unkorrekte arithmetische Operationen,... Traditionelle Möglichkeiten in Ausnahmefällen: 1. Funktion liefert Fehlerstatus über Rückgabewert 2. Objekt hat Elementvariable, signalisiert Fehlerstatus 3. Programmabbruch ( <cstdlib>, Funktion abort ) alle diese Methoden haben Schwächen

11 11/15 Mechanismus der 1. Identifizierung von gefährlichen Programmbereichen Einschliessen in einen try Block 2. Entstehung von Ausnahmen: a) automatisch (voreingestellte Ausnahmefälle) b) manuell (Definition von spezifischen Ausnahmen mittels throw Anweisung) 3. Auffangen von Ausnahmen mittels catch Block try{ //beliebige Anweisungen } catch(<ausnahmetyp>){ //Fehlerbehandlung; kein Abbruch! }

12 12/15 Unspezifische catch Blöcke 14 const int N_TOO_LARGE = ; 15 try{ //dynamische Speicheranforderung: 16 float * f = 17 new float[n_too_large]; 18 } 19 catch(...){ 20 cout << "Ausnahme: " 21 << "Problem mit new!" << endl; 22 } 23 cout << "Programmende." << endl; (Quelltext 14.1) weitere Beispiele: (Quelltext 14.2) (Quelltext 14.3) bei Verwendung der Form catch(...) werden alle auftretenden Ausnahmen aufgefangen hierbei wird allerdings keine Information über den Typ der Ausnahme geliefert

13 13/15 Spezifische Ausnahmen/Fehlerbehandlungen eine eigene Ausnahmeanweisung erzeugen durch: throw <objekt>; analog zu Funktionsaufruf mit <objekt> als Parameter Abfangen durch spezifischen catch Block: catch(<objtyp> <objvar>){ } analog zu Funktionsdeklaration mit Parameter <objvar> Abgleich throw/catch erfolgt durch Typ passender catch Block kann Information in <objekt> nutzen mehrere catch Blöcke möglich, jeweils für einen Ausnahmetyp

14 14/15 Bsp: Abfangen arithmetischer Fehler durch Ausnahmen 21 class nulldivision{ 22 public: 23 void show(){ 24 cout << "Division durch Null!" << endl;} 25 }; 34 int n=0,f=3; //provoziert Fehler bei f/n 40 try{ 41 if(n==0){ //Division durch Null zu erwarten 42 nulldivision myexception; 43 throw myexception; //Auswurf einer Ausnahme 44 } 45 cout << "f/n=" << f/n << endl; (Quelltext 14.4) 55 catch(nulldivision & except){ 56 cout << "Ausnahme: "; 57 except.show(); 58 }

15 15/15 Arithm. Fehler erzeugen nicht automatisch Ausnahmen unspezifische catch Blöcke sind hier wirkungslos Fehler bei der Gleitkommaarithmetik erzeugen i.a. keine Ausnahmen, die durch den try/catch Mechanismus in C++ automatisch abgefangen werden können Programmierer muss mögliche Ursachen für Fehler vorhersehen und manuell abfangen Bsp: (Quelltext 14.5) 1 int n=4,i=0; 2 try{ n/i;} 3 catch(...){//wirkungslos 4 }

16 1/3 Zusammenfassung Anhang Zusammenfassung Literatur Fehlerbehandlung durch Ausnahmen try-throw-catch Mechanismus erlaubt Entkopplung der Fehlerbehandlung von der Fehlerquelle Vorsicht bei Arithmetikfehlern: mögliche Quellen vorhersehen

17 2/3 Anhang Anhang Zusammenfassung Literatur

18 3/3 Anhang Zusammenfassung Literatur Weiterführende Literatur S. Prata, C++ Primer Plus, Sams, 2005 S. Oalline, Practical C++ Programming, O Reilly, 2003 J. Liberty and B. Jones, Teach yourself C++ in 21 days, Sams, 2005 R. Lischner, C++ in a Nutshell, O Reilly, 2003 Handbücher erhältlich am Rechenzentrum: (Weblink) RRZN, Die Programmiersprache C, 17. Auflage, 2008 RRZN, C++ für C Programmierer, 13. Auflage, 2005 Online Dokumentation zum C++ Standard (Weblink) (freie) Microsoft Software für Studenten am KIT: (Weblink)