例外（Exception）は、プログラムの実行中に発生する異常な事態や予期しないエラーを示すための概念です。通常の処理フローを中断して、特別なエラーハンドリングを行うことが目的です。プログラムの正常な流れを外れる「例外的な状態」が発生した場合に、エラーメッセージを表示するだけでなく、プログラムの実行を中断し、適切な処理を行うための仕組みとして使用されます。

例外の基本的な流れは以下のようになります。

1. スロー (Throw): エラーが発生した際、throwキーワードを使用して例外を発生させます。例外は通常、関数やメソッド内で発生します。

2. キャッチ (Catch): 発生した例外を捕捉するためには、`try-catch` ブロックを使用します。`try` ブロック内で例外がスローされると、プログラムの実行は即座に `catch` ブロックに移ります。 3. 例外の種類: 例外は多くの場合、クラスや構造体として定義され、異常の種類ごとに異なる例外クラスを作成できます。例外を捕捉した後、適切な処理（例えばエラーメッセージの表示やリソースの解放など）を行います。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::invalid_argument("Error: Division by zero");
    }
    std::cout << "Result: " << a / b << std::endl;
}

int main() {
    try {
        divide(10, 0); // ゼロ除算を試みる
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "Exception caught: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

例外を設計する際には、以下の点を考慮する必要があります。

どのような条件で例外をスローするか: 異常な状態が発生した場合にスローするべき例外を明確に定義します。例えば、ファイルが見つからない、無効な入力が与えられた、メモリ不足などが該当します。 Cppでは、標準ライブラリにexceptionやその派生クラス（`runtime_error`、invalid_argumentなど）が用意されていますが、これを継承して独自のエラークラスを作成することもできます。

Cppでは、例外処理はtry、catch、throwを使って行います。Cppでは、標準ライブラリでいくつかの例外クラスが提供されていますが、独自の例外クラスを定義することもできます。

#include <iostream>
#include <exception>

class MyException : public std::exception {
public:
    const char* what() const noexcept override {
        return "My custom exception occurred!";
    }
};

void testException() {
    throw MyException();
}

int main() {
    try {
        testException();
    } catch (const MyException& e) {
        std::cout << "Caught exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、独自の例外クラス MyException を定義し、その例外をthrowでスローしています。 catchブロックでその例外を捕まえ、エラーメッセージを表示します。

実際には関数の呼び出しなどで、スローしうるコードをtry節で多い、投げられた例外を扱える場所でcatchして扱いを記述することになります。 例外をスローしているということは、処理が中断していることから最低でもエラーメッセージ、基本的には実行前の状態に復帰できるのがよいでしょう。

例外の概念を知ると陥りがちな注意点として例外を数多くスローしキャッチするというコードが必ずしも良いコードになるとは限りません。 例えば、条件分岐で事前にエラーをチェックして適切に処理してしまう方が、無駄な例外のスローを避けることができ、可読性やパフォーマンスの向上にも繋がります。

#include <iostream>
#include <stdexcept>

void processData(int* ptr) {
    if (ptr == nullptr) {
        throw std::invalid_argument("Null pointer passed to function");
    }
    // その他の処理...
}

int main() {
    int* ptr = nullptr;
    try {
        processData(ptr); // 不正なポインタを渡す
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "Exception caught: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

上記のコードは、ポインタがnullptrである場合に例外をスローしていますが、これは必ずしも良い設計とは言えません。なぜなら、nullptrチェック自体が頻繁に行われることが予想され、例外を使うことによるオーバーヘッドが発生するためです。

代わりに、条件分岐で適切に処理を行う方が効率的です。

<Code:cpp linenums:1 |#4 improved_code.cpp: 防御的コードを改善した例> #include <iostream>

void processData(int* ptr) {

  if (ptr == nullptr) {
      std::cout << "Null pointer passed, skipping processing." << std::endl;
      return;
  }
  // その他の処理...

}

int main() {

  int* ptr = nullptr;
  processData(ptr); // 例外を使わず適切に処理
  return 0;

} このように、場合によっては例外を使わずにエラーハンドリングを行う方が適切であり、無駄に例外をスローすることは避けるべきです。

例外は、プログラムの実行中に発生するエラーや異常状態を処理するために使います。throw、try、catchで例外をスローし、キャッチします。 例外の設計は、エラーが発生する可能性を考慮し、適切に処理を分けることが重要です。 C++における例外は、標準ライブラリの例外クラスを使うだけでなく、独自のクラスを作成することも可能です。 防御的すぎるコードでは、過剰に例外を使うことが逆効果になる場合があるため、事前にエラーをチェックして適切に処理することが重要です。