23：エラー処理と例外（try, throw, catch）

はじめに

• 例外とは：「いわゆるエラー」。正常の前提が壊れたことを言語機能で上位に知らせる合図です。通常ではない出来事・エラーを「例外」（exception）と呼びます。
• 目的：異常を通常処理から切り離し、安全に中断・切替・記録する。

例外対処の基本パターン

// 23_intro_quick.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int divi(int a, int b)
{
    if (b == 0)
    {
        throw runtime_error("0で割れない");
    }
    return a / b;
}

int main(void)
{
    try
    {
        cout << divi(10, 2) << endl;
        cout << divi(5, 0) << endl; // ここで例外
    }
    catch (const runtime_error &e)
    {
        cout << "エラー: " << e.what() << endl;
    }
}

この資料で学ぶこと

1. try/throw/catch の基本と catch順序
2. 伝播と再スロー（どの層で決着させるか）
3. RAII による自動後始末（例外時も安全）
4. 独自例外と標準系の使い分け
5. VSデバッガでスローの瞬間を観察

1. 基本構文（23_try_basic.cpp）

// 23_try_basic.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int divide(int a, int b)
{
    if (b == 0)
    {
        throw runtime_error("0で割ることはできません");
    }
    return a / b;
}

int main(void)
{
    try
    {
        cout << divide(10, 2) << endl;
        cout << divide(5, 0) << endl; // ここで例外
        cout << "ここには到達しません\n";
    }
    catch (const runtime_error &e)
    {
        cout << "実行時エラー: " << e.what() << endl;
    }
    catch (...)
    {
        cout << "想定外の例外を捕捉" << endl;
    }
    return 0;
}

2. 複数catchと順序（23_catch_order.cpp）

// 23_catch_order.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

void f(int code)
{
    if (code == 1)
    {
        throw out_of_range("範囲外");
    }
    else if (code == 2)
    {
        throw runtime_error("実行時");
    }
    else
    {
        throw exception();
    }
}

int main(void)
{
    try
    {
        f(1); // 1,2,その他 を変えて試す
    }
    catch (const out_of_range &e)
    {
        cout << "out_of_range: " << e.what()  << endl;
    }
    catch (const runtime_error &e)
    {
        cout << "runtime_error: " << e.what() << endl;
    }
    catch (const exception &e)
    {
        cout << "exception: " << e.what() << endl;
    }
}

3. 例外の伝播と再スロー（23_rethrow.cpp）

// 23_rethrow.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

void low()
{
    throw runtime_error("lowで失敗");
}

void mid()
{
    try
    {
        low();
    }
    catch (const runtime_error &)
    {
        // ログだけ取り、呼び出し元へそのまま再スロー
        throw;
    }
}

int main(void)
{
    try
    {
        mid();
    }
    catch (const exception &e)
    {
        cout << "mainで捕捉: " << e.what() << endl;
    }
}

4. RAIIと例外安全（23_raii_safety.cpp）

// 23_raii_safety.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
using namespace std;

class Enemy
{
public:
    explicit Enemy(int hp) : hp_(hp) {}
    int hp() const { return hp_; }
private:
    int hp_;
};

int main(void)
{
    // 例外が起きても自動で後始末される安全な資源管理
    vector<unique_ptr<Enemy>> es;
    es.push_back(make_unique<Enemy>(10));
    es.push_back(make_unique<Enemy>(20));

    // 途中で例外が起きてもOK（ここでは例として投げる）
    throw runtime_error("途中で失敗");

    // 到達しないが、esはスコープ終了時に自動解放される
}

5. 独自例外クラス（23_custom_exception.cpp）

// 23_custom_exception.cpp
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;

class InvalidHpError : public runtime_error
{
public:
    explicit InvalidHpError(const string &msg) : runtime_error(msg) {}
};

class Enemy
{
public:
    explicit Enemy(int hp)
    {
        if (hp < 0)
        {
            throw InvalidHpError("HPが負です: " + to_string(hp));
        }
        hp_ = hp;
    }
private:
    int hp_ = 0;
};

int main(void)
{
    try
    {
        Enemy e(-5);
    }
    catch (const InvalidHpError &e)
    {
        cout << "InvalidHpError: " << e.what() << endl;
    }
}

6. Visual Studioで「例外の瞬間」を見る

1. 本章いずれかのソースをデバッグ実行（F5）。
2. 例外がスローされる行にブレーク（自動で止まる or 自分でブレークポイントを設定）。
3. 呼び出し履歴（Call Stack）で伝播の経路を確認。
4. ローカル／自動ウィンドウで変数の値を観察。
5. catch の中にブレークポイントを置き、捕捉→継続の流れを確認。

7. よくある落とし穴チェックリスト

• catch の順序：具体 → 抽象。
• new 後に例外 → delete 漏れ。→ vector とスマートポインタに置き換える。
• 例外を握りつぶす catch (...) {} の乱用。
• 例外安全でない部分的更新（途中例外で不整合）。→ トランザクション的に設計する。
• 不要な throw の多用。→ 事前条件チェックで分岐処理できるならそれを優先。

演習（提出課題）

演習1（23_ex1_guarded_load.cpp）

演習2（23_ex2_custom_error.cpp）

演習3（23_ex3_rethrow_chain.cpp）

コーディング演習

演習1：基本コードを動かす

演習2：コードを改造する

まとめ

• 例外は異常系を分離し、上位に伝播して責任ある場所で処理できる。
• catch は具体 → 抽象。catch(...) は最後の保険。
• RAII とスマートポインタで例外時も自動解放。new/delete を直接使わない設計を基本に。
• 独自例外で意味を明確にし、what() を有益にする。
• Visual Studio のデバッガでスローの瞬間を観察して理解を定着させる。

理解度チェック

問題23-1

catch の並びとして正しいものを選べ。

問題23-2

再スロー（throw;）について正しい説明を選べ。

問題23-3

例外安全の観点で望ましい選択を選べ。

問題23-4

次の divide 関数はどのように改善すべきか。

int divide(int a, int b)
{
    if (b == 0)
    {
        // TODO: 改善
    }
    return a / b;
}