Letný semester, prednáška č. 4

Oznamy

• Počas najbližších cvičení, čiže v stredu 10. marca od 11:30 do 13:00 bude prebiehať prvý test. Bude pozostávať z troch úloh zameraných na látku z prvých troch týždňov, ktorých riešenia bude potrebné odovzdávať na testovač. Po dobu riešenia testu je potrebná účasť na stretnutí „Cvičenia” v MS Teams.
• V stredu tiež budú zverejnené dve nebodované úlohy k štvrtým cvičeniam, zamerané na látku z dnešnej prednášky. Ďalšie podobne zamerané úlohy budú zverejnené na cvičeniach budúci týždeň.
• Prvú domácu úlohu je potrebné odovzdať najneskôr do začiatku budúcej prednášky, čiže do pondelka 15. marca, 9:00.

Výnimky

Mechanizmus výnimiek (angl. exceptions) slúži v Jave na spracovanie chýb a iných výnimočných udalostí, ktoré môžu počas vykonávania programu nastať. Doposiaľ sme v našich programoch takéto situácie viac-menej ignorovali – napríklad sme obvykle predpokladali, že vstup vždy spĺňa požadované podmienky, že súbor, z ktorého sa pokúšame čítať, vždy existuje, atď. Dôvodom bola predovšetkým prílišná prácnosť ošetrovania chýb pomocou podmienok a neprehľadnosť programov, ktoré takéto podmienky obsahujú.

Uvažujme napríklad nasledujúci jednoduchý program, ktorý zo vstupu načíta prirodzené číslo n nasledované n celými číslami, ktoré postupne poukladá do poľa dĺžky n. Následne číta zo vstupu postupnosť indexov v rozmedzí 0 až n-1 a po každom načítaní indexu i zvýši hodnotu a[i] o jedna. Načítavanie vstupu sa ukončí po načítaní reťazca "KONIEC".

public static void main(String[] args) {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    int n = scanner.nextInt();
    int a[] = new int[n];
    for (int i = 0; i <= n - 1; i++) {
        a[i] += scanner.nextInt();
    }
    String next = scanner.next();
    while (!next.equals("KONIEC")) {
        a[Integer.parseInt(next)]++;
        next = scanner.next();
    }
}

Vykonávanie tohto programu môže skončiť chybou viacerými rôznymi spôsobmi: používateľ napríklad môže namiesto niektorého čísla zadať nečíselný reťazec; číslo n môže ďalej zadať ako záporné, čím vznikne chyba pri pokuse o alokovanie poľa; niektorý z ním zadaných indexov do poľa tiež nemusí byť v požadovanom rozmedzí. Po pokuse o ošetrenie týchto chýb pomocou podmienok dostávame nasledujúci horibilný program.

/** Nasledujuci kod je ukazkou toho, ako sa osetrovanie chyb v Jave NEMA robit. */

/** Metoda, ktora zisti, ci je retazec nebielych znakov reprezentaciou celeho cisla. */
private static boolean isInteger(String s) {
    Scanner stringScanner = new Scanner(s);
    return stringScanner.hasNextInt();
}

public static void main(String[] args) {
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    int n = 0;
    if (scanner.hasNextInt()) {
        n = scanner.nextInt();
        if (n < 0) {
            System.err.println("Pocet prvkov pola nemoze byt zaporny.");
            System.exit(2);
        }
    } else {
        System.err.println("Vstup sa nezacina cislom.");
        System.exit(1);
    }
    int a[] = new int[n];
    for (int i = 0; i <= n - 1; i++) {
        if (scanner.hasNextInt()) {
            a[i] += scanner.nextInt();
        } else {
            System.err.println("Niektory z prvkov pola nebol zadany ako cele cislo.");
            System.exit(3);
        }
    }
    String next = scanner.next();
    while (!next.equals("KONIEC")) {
        if (isInteger(next)) {
            int i = Integer.parseInt(next);
            if (i >= 0 && i <= n - 1) {
                a[i]++;
            } else {
                System.err.println("Niektory z indexov do pola je mimo povoleneho rozmedzia.");
                System.exit(5);
            }
        } else {
            System.err.println("Niektory z indexov do pola nebol zadany ako cele cislo.");
            System.exit(4);
        }
        next = scanner.next();
    }
}

Vidíme, že už aj pri takto jednoduchej úlohe dostávame pomerne rozsiahly program, v ktorom väčšinu kódu zaberá práve spracovanie chýb. Ešte nepríjemnejšou je však skutočnosť, že ošetrovanie chýb je potrebné implementovať v mieste programu, kde táto chyba vznikla. To vedie k prelínaniu podstatných častí programu s časťami, ktoré slúžia iba na spracovanie chýb, v dôsledku čoho sa kód stáva veľmi neprehľadným. Z uvedených dôvodov sme až doposiaľ podobné chybové udalosti väčšinou ignorovali.

V praxi je ale nutné podobné chyby náležite poošetrovať – nie je totiž napríklad prípustné, aby textový editor spadol zakaždým, keď sa jeho používateľ pokúsi otvoriť súbor s neexistujúcim názvom. Výnimky poskytujú spôsob, ako spracovanie chybových udalostí realizovať podstatne efektívnejším spôsobom, než v ukážke vyššie. Medzi ich základné prednosti totiž patria:

• Možnosť oddelenia kódu na spracovanie chýb od zvyšku kódu.
• Možnosť jednoduchým spôsobom ponechať spracovanie chyby na volajúcu metódu v prípade, že sa to javí ako vhodnejšie riešenie.
• Možnosť využívať pri spracúvaní chýb prostriedky objektovo orientovaného programovania.

Mechanizmus výnimiek v Jave

Pod výnimkou (angl. exception) sa v Jave rozumie inštancia špeciálnej triedy Exception, prípadne jej nadtriedy Throwable, reprezentujúca nejakú výnimočnú udalosť. Trieda Exception má pritom množstvo podtried reprezentujúcich rôzne typy chybových udalostí.

• Výnimka môže počas vykonávania nejakej metódy f vzniknúť buď tak, že ju vyhodí JVM (napríklad pri delení nulou alebo pri prístupe k neexistujúcemu prvku poľa), alebo tak, že ju vyhodí sama táto metóda pomocou príkazu throw (detaily nižšie).
• Vzniknutá výnimka môže byť priamo odchytená a ošetrená v rámci danej metódy f. V opačnom prípade je vykonávanie metódy ukončené a výnimka je posunutá metóde g, ktorá metódu f volala (posunieme sa teda v zásobníku volaní metód o úroveň nižšie).
• V metóde g sa na celú situáciu dá pozerať tak, akoby výnimka vznikla pri vykonávaní príkazu, v rámci ktorého sa volala metóda f. Opäť teda môže byť výnimka buď odchytená a ošetrená, alebo rovnakým spôsobom predaná metóde, ktorá volala metódu g (aj v takom prípade hovoríme, že metóda g vyhodila výnimku, hoci reálne výnimka vznikla už v metóde f).
• Takto sa v zásobníku volaní metód pokračuje nižšie a nižšie, až kým je nájdená metóda, ktorá danú výnimku odchytí a spracuje.
• Ak sa takáto metóda na zásobníku volaní nenájde – čiže je výnimka vyhodená aj metódou main na jeho dne – typicky dôjde k ukončeniu vykonávania programu a k vypísaniu informácií o výnimke (vrátane zásobníka volaní funkcií) na štandardný chybový výstup; ide tu ale o zjednodušenie.

Odkazy

• Java tutoriál: Exceptions
• Java tutoriál: Generics